Genetyka, Tytul: Genetyka

Tytul: Genetyka

Autor: Praca zbiorowa

Przedmowa

Celem niniejszego podręcznika jest zapoznanie studenta z

najważniejszymi zagadnieniami i ů kierunkami rozwoju genetyki

medycznej. Autorzy mają nadzieję, że genetyka medyczna, traktowana

dotychczas zdawkowo w nauczaniu przyszłych polskich lekarzy i nie

uwzględniana w zasadzie w planie studiów, po kilkunastnletnich

zaniedbaniach otrzyma nleżne jej miejsce w nowym zreformowanym

programie nauczania w polskich akademiach medycznych. Podanie

bowiem chociażby podstawowych wiadomości z zakresu gen-etyki

klinicznej jest konieczne, aby wykształcić lekarza mającego pełne

spojrzenie na patogenezę, leczenie i profilaktyę chorób.

Mam nadzieję, że podręcznik ten, pomimo wielu braków, będzie

istotnym krokiem w rozwoju genetyki medycznej w naszym kraju, a to,

że jest pierwszy, stanowi nie tylko częściowe usprawiedliwienie

jego niedoskonałości, lecz także jest zapowiedzią ukazania się

dalszych jego wydań, dających pełniejszy obraz tej szybko

rozwijającej się dyscypliny wiedzy.

Jest moim miłym :obowiązkiem podziękować za cerme uwagi i sugestie

dotyczące niniejszej książki: Pani Profesor Danucże Rożynkoz.uej,

Panu Profesorowi Atotzże7n,u Horstozuż, Panu Profesorowi Jacko'u>ż

Pżetrzykawż oraz Panu Profesorowi Ignacen,u Waldowż.

Kzysztof Boczkotuskż Warszawa, 2 V 1988

Spis treści

I. Znaezenie genetyki w praktyce lekarskiej (P. Czerski) . . . 11

Rożwój i znaczenie genetyki medycanej . . . 12

Podział chorób genetycznych. . . 13

Genetyczne obciążeiiie populacji . . . 16

Częstość występowania chorób genetycznych . . . 16

Stopień obciążenia chorobą genetyczną. . . 20

Farmy i możliwości opieki genetycznej . . . 22

Podsumowanie. . 23

II.Informacja genetyczna (K. Boczko2tski) . . . 25

Przekazywanie imformacji genetycznej komórkom potomnym . . . 25

InterEaza . . 26

Przebieg mitozy . . 27

Przebieg mejozy . . . 28

Porównanie mitozy i mejozy. . 35

Chemiczny śkład chromasomów i rola DNA . . 3B

Realizacja inforrnacji genetycznej . . . 38

Mutacje . . . 42

Struktura chramatyny. . . . 43

Podsumowanie. . 44

III.Chromosomy człowieka i ieh aberracje (K.Boczkowsk„). . . 45

Licżba i kształt chramosomów . . 45

Ksżtałt chromosomów, . 45

Prawidłowy kariotyp człowieka. . . 46

Aberracje chromosomów i ich powstawanie . . 48

Aberracje sńrukturalne . . . 49

Aberracje liczbowe . . 54

Zapisywanie wyników badań cytogenetycznych . . . 5B

Metody badania chromosomów. . 61

Podsumowanie. . 62

IV.Aberracje chromośómów płciowych (K.Boczkawski) . . 63

Genetyczna determlnacja płci . . 64

Chromatyna pł„owa . . 66

Chrornatyna łciowa X

Ciałko Y . . . 69

Genetycżxsa rola heterochromatyny . . 70

Zespół Klinefeltera . . . 71

Badania cytogenetyczne . . . 72

Pochodzenie dodatkowego chromosomu X. . 73

Wiek rodziców. . 74

Mężczyźni XX. . 75

Mężczytni XYY. . 77

Kobiety XXX. . . 77

Zespół Turnera . . . 78

Etiologia i ptogeneza. .

Bdania cytogemetycme . . . 80

Pochodzenie chromosomu X. . . . 84

Czyta dysgenezja gonad. . . , . . . 85

Zespół niewrażliwości na .ndrogeny . . . . 8B

Podsumowanie.

V. Aberracje autosomalne (K. Boczkowski) .

Zespół Downa.

Translokacja zrównoważana. . . . 92

MozaikowośE . . . . 93

Rodzinne występowanie zespołu Downa. . . 93

Badania ermatoglificztse.

Współistnienie zespołu Downa i zpołu Klinefeltera. . . 94

Związek zespołu Downa z „iałaczką. .

ZależnośE zespołu Downa od wieku matki lub ojca.

Ryzyko urodzenia drugiego dziecka z zespołem Downa. . .

Trisomia chromosomów a>r 13- zesrpbł Pataua.

Trisomia chromosomów nr 18- zespół Edwardsa. .

Delecja ramion krótkich chromosombw nr 5- zespół "cri du chat" . .

101

Inne zespoły autosomalne . . .101

Aberracje liczbowe. . . . . 101

Aberracje strukturalne . . . 101

Triploidia d tetraploidi . . . . 102

Procesy nowotworowe . . . . 102

ftodzinne występowanie aberracji chronxsoswmalnych. .. . 105

Podsumowańie. . . . . 105

VI.Badenia cytogenetyczne w wybranych grupach populac,jn,ch

(K.Bocz-

kowskl7 . . . . lOB

Badania cybogenetyczne płodów z poronień samoisbnych. . . IOB

Badania cytogenetyczne u noworodków . . . . 109

Badania cytogenetyczne u siedmi- i ośmioletnich dzieci. . . I10

Badania cytogenetyczne u osób nie przystosowanych społecznie oraz

u osób upośledzonych umysłowo . . . 111

Podsumowanie. . . . . 112

VII.Dziedziczenie jednoenowe (J.Zaremba) . . . 113

Odkrycia Mendla. . . . 113

Dziedziczenie autosomalne dominujące i recesywne. . . . 114

Dziedziczenie 5przężone z płcią.. . . 119

Wybrane zagadnienia dotyczące dziedzlczenin 7nogenawego . . . 122

Proporcja genetyczna - sposób uwalniania się od błGdu nelokcji. .

122

Kodominacja . . . . 124

Mutacje. . . 125

Niezależna segregacja,rekombinacja d apężeie. . . . 128

Mapowanie genów w genomie człowieka. . . . 129

Liczba genów datychczas zidentyfikewanych u człowiekn. . . . 130

Podsumowanie . . . 131

VIII.Uwarunkowanie wieloczynnikowe (I. wald). . . . 132

Genetyka cech ilościowych a genetyka mendlowsk:a. . . . 132

Badanie blitniąt . . . . 133

Badanie dzieci adoptowanych . . . . 134

Miary stosowane w analizie cech uwarunkowanych wieloczynnikowo .

13B

PVlodele wieloczynnikowego uwarunkowania chorbb . . . . 138

NiejednorodnośE genetyczna. . . . . 141

Podsumowanie. . . . . 143

IX.Czynnihi genetyezne w patogenezie chorób (1.Wald) . . . . 144

DziedzieznośE a środowisko.Ich zola w procesie powstawania choroby

. 144

Poziomy analizy chorób genetycych. . . . 14B

Patologia molirularna - hemoglobinopatie . . . . 147

Enzymy i inne białka . .

Defekty strukturalne.

Postępy genetyki a klasyfikacja chorób .

Genetyka a nowotwarzenie .

Postępy gnetyki a diagnostyka .

Postępy genetyki a leczenie.

Podsumowanie.

X. Analiza rodowodów (E. Manikot.ska-Czerska). .

Zbieranie i zapis danych rodzinnych . .

Przykłady analizy rodowodów. .

Dziedziczenie cech autosomalnych recesywnych

Dziedziczenie cech autosomalnych dominujących . . Dziedziczenie

cech kodominujących i cech pośrednich . Dziedziczenie cech

sprzężonych z chromosomem X . Dziedziczenie nieregularne . .

Fenotyp a analiza rodowodu.

Sprzężenie cech a analiza rodawodu . .

Podsumowanie.

XI. Genetyka populacyjna (1. Wald) .

Podstawowe pojęcia .

Prawo Hardy'ego i Weinberga. .

PolimorEizmy genetyczne. .

Czynniki wpływające na odchylenie od równowagi genetycznej. . .

Spokrewnieie w populacji .

Genetyka populacyjna i ewolucja .

Podsumowanie.

XII. Immunogenetka (A. Czlonkol.vslca) .

Genetyczna kontrola syntezy immunoglobulin. .

Budowa immunoglobulin.

Determinanty antygenowe immunoglobulin . Geny odpowiedzialne za

syntezę przeciwciał .

Antygeny grupowe .

Grupy krwi .

Układ zgodności tkankowej. .

Geny kodujące receptor dla antygenu na limfocytach T. Podsumowanie.

XIII. Farmakogenetyka i ekogenetyka (1. Wald).

Podstawowe pojęcia .

Warianty jednogenowe i w„eloczynnikowe.

Lki a choroby uwarunkowane genetycanie . .

Ekogenetyka . Podsumowanie .

XIV. Poradnictwo genetyczne (P. Czerskż, E. Mnnżkowska-Czerska) .

. . Weryfikacja lub ustalenie rozpoznania. . Ustalenie toku

dziedziczenia choraby . .

Zastosowan„e teorii prawdopodobieństwa w poradnictwie genetycznym

Genotyp pacjenta.

Określenie prognozy genetycznej .

Określenie prognzy genetycznej w chorobach jednagenowych . .

Frognoza genetyczna w małżeństwach spokrewnianych Określenie

prognozy genetycznej dla pacjentów obciążonych aberracją

chromosomalną lub chorobą wielogenową . .

Porada genetyczna .

Podsumowanie.

XV. Diagnostyka prenatalna (L. Wżśnżet.skf) .

Ocena kariotypu pło„u . .

Zastosowańie b3opsji trofoblastu w diagnostyce prenatalnej. . . .

Rola ultrasonogr.afii w diagnostyce prenatalnej wad ośrodkowego

układv nerwowego.

227 228 229 230 231 234

236

Alfa-fetoproteina w diagnostyce otwartych wad ośrodkowego układu

nerwowego.

AktywnośE acetylocholinoesterazy w płynie owodniowym w wadach

ośrodkowego ukł,adu nerwowego. .

Diagnostyka blk„w metabolicznych i schorzeń uwarunkowanych

genetycznie .

Zaburzenia przem;iany lipidów .

Zaburzenia przemiany węglowodanów . Zaburzenia przemiany

aminokwasów .

Zaburzenia przemiany mukopolisacharydów .

Scharzenia sprzężone z chromosomem X .

Schorzenia o nie ustalonej etiologii.

Fetoskopia.

Badanie płodu. . .

Powikłania . . Podsumowanie. . .

XVI. Zastosowanie metod genetyki molekularnoj w diagnostyco chorób

genetycznych (P. Czerskt). .

Zasady technik rekombinacji DNA.

Zastosowanie rstryktaz. .

Konstrukcja b'ibliatek i sond DNA. Klonowanie.

Techniki hybrydyzacji . .

Zastosowanie śond DNA i hybrydyzacji. .

Cytogenetyka przepływowa .

Podsumowanie. . .

Słownik najczęściej używanych terminów genetycznych (K.

Boczkottski.). . Literatura uzupełniająca. . Skorowidz rzeczowy. .

I. Znaczenie genetki w praktyce lekarskiej

Przemysaw Czeski

Znajomość współczesnej genetyki jest nieodzowna do rozumienia

zjawisk biologicznych, w tym fizjologii i patologii człowieka,

które stanowią podstawę praktyki lekarskiej. Wszystkie ceehy danego

organizmu powstają na podłożu informacji genetycznej, przekazanej

przez organizmy rodzicielskie. Podczas rozwoju osobniczego i całego

życia poszczególne obszary informacji genetycznej są odczytywane i

zostają zrealizowane w postaci cech trukturalnych i czynnościowych.

Mówi się o procesie wyrażania (ekspresji) cech, który podlega

wpływom środowiska. Realizacja żnformacji genetycznej (a niekiedy

i treść tej informacji) jest modyfikowana przez czynniki

środowiska. Toteż podstawę rozumienia procesów biologicznych

stanowi znajomość mechanizmów przekazywania cech dziedzianych i

realizacji informacji genetycznej oraz interakcji pomiędzy tymi

mechanizmami i czynnikami środowiska. Wiedza ta powinna służyE

rozumnym próbom modyfikowania przebiegu tych procesów.

Zapobiegawcze i lecznicze postępowanie lekarskie nie jest zaś

niczym innym, jak taką próbą. Każdy lekarz powinien więc uxnieć

myśleć "genetycznie".

Umiejętność takiego myślenia nabiera coraz to większego znaczenia

w miarę gromadzenia wiedzy o interakcjach podłoża genetycznego z

czynnikami środowiska oraz w miarę wprowadzańia zmian w środowisku

życia i pracy na skutek postępu technicznego. Reakcje ustroju na

czynniki środowiskabiologiczne, chorobotwórcze (wirusowe i

bakteryjne), żywieniowe, chemiczne, fizyczne - podlegają

genetycznej kontroli. Stąd też istotne jest, aby każdy lekarz -

mając do czyńienia z indywidualnym pacjentem - umiał dostrzec

genetycznie uwarunkowaną swoistość odczynów jego organizmu. Mając

zaś do czynienia z grupą ludzi, należy umieć zidentyfikować osoby

ponoszące ze względów genetycznych zwiększone ryzyko zachorowania

na określone choroby. Równie istotna jest umiejętność

identyfikowania osób i rcdzin, ponoszących określone ryzyko

genetyczne, to jest ryzyko przekaz„ńia chorób genetycznych

potamstwu.

Osobne zagadnienie stanowi umiejętność właściwego zaszeregowania

określonych chorób i zespołów do grupy chorób genetycznych. We

wszystkich starszych i w wielu współczesnych podręcznikach

medycznych niedostatecznie omówiono choroby genetyczne, a niekiedy

wręcz pominięto genetyczne podłoże wielu chorób. Wynika to z tego,

że dynamiczne postępy genetyki medycznej nie zdążyły jeszcze w

pełni przeniknąć do podręczników poszczególnych specjalnoci.

ROZWÓJ I ZNACZENIE GrENETYKI MEDYCZNEJ

W iągu ostatnich trzydziestu lat genetyka medyczna rozwijała się

niezwykle szybko. Obecny stan tej dżiedziny pozwala przewżdywać jej

dalszy dynamiczny postęp przez następne 10 lub 20 lat. Rozwój ten

jest związany z postępami wiedzy w zakresie nauk odstawowych oraz

z ogólnym postępem technicznym i ekonomicznym. Trzy czynniki

odgrywają szczególną rolę w rozwoju genetyki medycznej.

Z punkhu widzenia lekarza praktyka najważniejszym z tych czynników

jest wzrastające zapotrzebowanie na genetyczną opiekę zdrowotną,

obejmującą diagnostykę, leczenie, rehabilitację i profilaktykę

chorób genetycznych wraz z poradnictwem genetyeznym. Zjawisko to

występuje szczególnie wyraziście w krajach rozwiniętych, w których

zostały apanowane choroby pasożytnicze, bakteryjne, wirusowe i z

niedożywienia, w związku z tym wzrasta względna częstść chorób

genetycznych. Paprawa warunków bytu i pozromu lecznictwa powoduje

wydłużanie się okresu życia osób chorych genetycznie.

Uprzemysłowienie, nowe technologie i chemizacja produkcji żywności

wprowadzają do środowiska pracy i życia codziennego wiele

dotychczas nie spotykanych czynników, z których liczne dzialają

mutagennie. Tak więc choroby genetyczne i ich profilaktyka wysuwają

się na czoło problemów zdrowotnych w krajach rozwiniętych.

Korzystając z ich doświadczeń, kraje rozwżjające się eoraz szerzej

uwzględńiają genetykę medyczną w ochronie zdrowia.

Drugim, równie istotnym czynnikiem są postępy wiedzy w zakresie

biologii, genetki ogólnej i molekularnej oraz genetyki człowieka.

Doprowadziły one nie tylko do lepszego zrozumienia mechanizmów

dziedżiczenia i genetycznej regulacji czynności komórki, ale

stworzyły również możliwości sterowania tymi procesaxni.

Zasadnrczym zmianom uległy poglądy na fizjologię cłowieka,

interakcje arganizmu z czynnikami środowiska zewnętrznego i

patogenezę wielu chorób. Wyodrębniono wiele nowych jednostek

chorobowych i opracowano nowe zasady postępowania leczniczego.

Omówienie tych przemian przekracza ramy tego rozdziału i tej

książki. Najlepśze podsumowanie można znaleźć w materiałach 51

Symposium Cold Spring Harbor Laboratory na temat biologii

molekularnej czowieka. Postępy genetyki omówione są w książkach

Watsona * oraz Lewina **. Trzeba podkreślić, że wszystkie te

osiągnięcia nie byłyby możliwe bez zastosowania zdobyczy

współczesnej elektroniki i naukż o komputerach, w rozwoju której

niemałą rolę odegrała polska myśl matematyczna. Logika stosowana w

popularnych komputerach firmy Hewlett-Packard wywodzi się z Polski.

Trzecim wreszcie czynnikiem jest w wielu krajach szybkie tempo

wdrażania do praktyki nowych postępów nauk podstawowych. Badania

nad rekombinacją kwasu dezoksyrybonukleinowego (DNA) doprowadziły

do opracowania szybkich i prostych technik, których zastsowania

praktyczne są jednym z podstawowych elementów ewnlucji

biotechnologicnej w przemyśle. Zastosowanie metod i produktów

biotechnolog'ii w rzxtynowych laboratoriach medycznych i w leczeniu

radykalnie zmienia postępowanie diagnostyczne i terapeutyczne.

2mudne i wysoce wyspecjalizowane metody laboratoryjne, stosowane

dotychczas w badaniach podstawowych, stały się podstawą do

opracowania szybkich, prostych i w znacznym stopniu zautoma

* Watson J. D. i wsp.: Molecular Biology of the Gene. Bemjamin

CummingsPubl. Co., Menlo Park, Ca. VI. 1 1988, vol. 2 1981.

** Lewtn B.: Genes III. John lPiley. New York 1987.

tyzowanych testów lub zestawów odczynników diagnostycznych. W

latach 1985 i 1986 wprowadzono do diagnostyki rnikrnbiologicznej

zestawy do hybrydyzaćji DNA lub DNA/RNA pozwalające na

identyfikację sekwencji nukleotydów charakterystycznych dla genomu

niektórych rodzajów lub gatunków bakterii (np. Mycobacterżum,

Mycoplasma, Legionella, Salmonella), a tym samym do stwierdzenia

obecności tych drobnoustrojów w badanym materiale. Klasyczne metody

badania odpornści na antybiotyki zostaną zastąpione badaniem

obeeności i ekspresji genów nadających odporność w bakteriach

uzyskanych od pacjenta. Hybrydyzacja DNA i RNA za pomocą zestawów

stanie się niedługo podstawową metodą identyfikacji wirusów. Zaletą

tych metod jest ich prostota i mżliwość uzyskania wyniku w ciągu

godzin, a nawet minut, od momentu uzyskania materiału o badania.

Należy przewidywać, że ok. 1990 r. zostanie wprowadzona do handlu

światowego pokaźna liczba zestawów do analizy genomu pacjenta, a

tym samym do diagnostyki chorób genetycznych w okresie

przedobjawowym, jak np. w iagnastyce prenatalnej lub we wczesnych

okresach życia. Wzrasta stale liczba i zmniejsza się cena

półautomatyenej lub całkowicie zautomatyzowanej aparatury do

genetycznych badań laboratoryjnych. Szerokie zastosowanie

koJnputerów do gromadzenia i przetwarzania laboratoryjnych i

klinicznych danych genetycznych daprowadziło do atworzenia sieci

banków informacji pomocnej w diagnostyce chorób genetycznych.

Opracowano liczne programy komputerowe do analizy sekwencji zasad

purynowych i pirymidynowych w kwasach nukleinowych i aminokwasów w

peptydach oraz do analizy procesów transkrypcji i translacji.

Programy te pozwalają na analizę rekombinacji mejotycznych,

przewidywanie efektów określonych mutacji i ustalanie

prawdopodobieństwa obecności kreślonej żnformacji genetycznej

(sekwencji nukleotydbw) w NA na podstawie analizy białek. W handlu

znajduje się ponad sto genetycznych programów (software)

analitycznych, liczba ich stale rośnie. Opraowane zostały programy

do analizy wpływu środowiska na ekspresję genów i regulację

genetycznej czynności komórki. Wzrasta liczba programów do

symulacji komputerowej biologicznych doświadczeń genetycznych.

Matematyczne podstawy analizy sprzężeń dają się łatwo zastosować do

analizy,poszczególnych rodowodów i określania ryzyka genetycznego.

Należy przewidywać szybl rozwój komputeryzacji diagnostyki ż

poradnictwa enetycznego na świecie.

PODZIAŁ CHORÓB GENETYCZNYGH

Choroby genetyczne można zdefiniować jako upośledzające sprawność

życiową odchylenia od stanu prawidłowego (statystycznej normy),

które przekazywane są jako cecha dziedziczna z pokolenia na

pokolenie, lub które powstają de n,ovo na skutek zmian i zaburzeń

w mechanizmach przekazywania cech dziedzicznych. Powstałe de vzovo

zmiany mogą być przekazywane potomstwu jako cecha (choroba)

dziedzicznli.

Podział chorób genetycznych opiera się tradycyjnie na podstawowych

prawach dziedziczenia. Wyróżnia się choroby jednogenowe,

przekazywane zgodnie z prawami Mendla i uwarunkowane Lreścią

informacyjną jednego genu, to jest w obrębie pary alleli,

występujących w określonym locus genowym (patrz rozdział VII -

Dziedziczenie jednogenowe). Wśród tych chorbb wyróżnia się

autosomalne recesywne, autosomalne dominujące i sprzężone z

chromosomem płciowym żeńskżm X, często kreślaaze jak.o sprzęmne z

płcią.

Następną grupę stanowią choroby wielogenowe, warunkowane

współdziałaniem wielu genów umiejscowionych w różnych loc„. Choroby

te nie są przekazywane zgodnie z prostym dziedziczeniem wg sehematu

Mendla. Niejednokrotnie objawy tych chorób występują na skutek

interakcji z czynnikami środowiska i ujawniają się dopiero wówczas,

gdy nasilenie działania tych czynników osiągnie pewną wartość

progową. W związku z tym mówi się o chorobach wieloczynnikowych. W

wielu podręcznikach określenia choroby wielogenowe i choroby

wieloczynnikowe używane są zamiennie i granica między tymi dwoma

grupami jest płynna.

Ostatnią grupę stanowią ehoroby występujące w związku z

nieprawidłowościami liczby i struktury chromosomów. Mówi się o

chorobacb chromosomalnych lub aberracjach chromosomalnych.

Obok powyższej, tradycyjnej, klasyfikacji chorób genetycznych warto

jeszcze prowadzić ze względów praktycznych dwa dodatkowe równoległe

podziały. Pierwszy z nich wynika z podanej wyżej definicji chorób

genetycznych. Wedłu niej można wyróżnie rupę odziedziczonych chorób

przekazanych dotkniętej osobie przez jedno lub obydwoje rodziców.

Drugą grupę stanowią choroby genetyczne, które wystąpiły po raz

pierwszy w rodzinie u dotkniętej osoby na skutek zaburzeń w

mechanizmach przekazywania cech dziedzicznych - świeżej mutacji lub

powstałe de ovo aberracji chromosomalnej.

Zaszereowanie określonego przypadku do jednej z tych dwóch grup ma

istotne znaczenie dla określenia ryzyka genetycznego, ponoszonego

przez daną rozinę. Jeżeli dana choroba została przekazana przez

rodziców, to ponoszą oni określone ryzyko genetyczne, że następne

dzieci będą dotknięte tą samą chorobą. Natomiast jeżeli choroba

związana jest ze świeżą mutacją genową, dominującą lub sprzężoną z

chromsomem X, t,o rodzice dotkniętej osoby ponoszą genetyczne

ryzyko populacyjne, to jest takie samo, jak każda statystyczna para

rodziców w danej populacji.

Sprawa ryzyka genetycznego jest bardziej złożona w przypadku

wystąpienia de novo aberracji chromosomalnych u dziecka (patrz

rozdział XIV - Poradnictwo enetyczne).

Następnym przydatnym praktyrznie podziałem jt klasyfikacja

uwzględniająca interakcje podłoża genetycznego (enotypu) z

czynnikami środowiska. Charakterystyczny dla gatunku ludzkiego

genotyp, warunkujący przystosowanie do środowiska i sprawność

życiową, określa się jako typ dziki. W abrębie tego typu występują

liczne warianty warunkujące różnorodność enetyczną (polimorfizm).

Nie upośledzają one jednak sprawności życiovcTej i nie prowadzą do

odchyleń od normy statystycznej. Niektóre warianty genetyczne dają

większą od przeciętnej sprawność życiową. Inne warianty,

warunkujące odchylenia od normy, zdefiniowane wyżej jako choroby

genetyczne, upośledzają sprawność życiową. Zmiany treści informacji

genetycznej, dotyczącej regulacji podstawowych procesów rózwoju,

struktury lub czynnoś„ organizmu (mutacje genów o dużym efekcie)

albo rozległe zxniany w genomie (jak aberracje chromosomalne)

ujawniają się jako nieprawidłowe cechy fenotypu niezależnie od

środowiska.

Wiele zmian w obrębie poszczególnych genów może się zsumować, dając

upośledzenie sprawności życiowej i nieprzystosowanie do różnych,

często nie zidentyfikowanych, czynników środowiska. Związane z tym

choroby wielogenowe lub wieloczynnikowe wymagają dalszych badań.

Identyfikacja poszczególnych genów związanych z danymi cechami

pozwoli zapewne na interpretację dziedziczenia w ramach praw Mendla

i rozszyfrowanie roli czynników środowiska w indukcji adchyleń od

normy. Pewna grupa defektów

jednogenowych powoduje nieprzystosowanie do określonych naturalnych

czynników środowiska. Przykładem takich charób są np.

fenylokEtonuria, galaktozemia i nietolerancja fruktozy.

Teoretycznie proste, a uciążliwe w praktyce działanie polegające na

wprowadzeniu odpowiedniej diety, zapobiega powstaniu objawów

choroby lub łagodzi je. W fenyloketonurii postępowanie polega na

zmianie naturalnego składu aminokwasów w pożywieniu, a w

galaktozemii i nietolerancji fruktozy - na eliminacji odpowiednich

cukrów. Genetyczny defekt metabolizmu pozostaje jednak na całe

życie i jest przekazywany potomstwu. Jest to więc postępowanie

zapobiegawcze lub leczen;e abjawowe, nie zaś przyczynowe. Ścile

objawowym leczeniem jest także leczenie substytucyjne polegające na

podawaniu aktywnych składników w genetycznych defektach układu

krzepnięcia (np. hemofilii A) lub układu odporności.

Dopiero manipulacje inżynierii genetycznej, polegające na

wprowadzeniu odpowiednich genów do komórk samatycznych, mogłaby

ctanowić próbc leczenia przyczynowego. Takie próby są w toku w

:odniesieniu do zespołu Lescha i Nyhana oraz Taya i Sachsa, jak

również wrodzonych espołów ciężkiej kombinowanej niedomogi

immunologicznej (niedobór ADA i PMN) oraz chorób hemoliycrnych,

związanych z genetycznym defektem hemoglobiny. Manipulacje

inżynierii genetycznej w odniesieniu do komórek płciowych lub

rozwijającego się płodu, chociaż możliwe teoretycznie, są jednak

sprawą odległej przyszłości. Następną grupę staxiowią warianty

genetyczne, w których kontakt z czynnikami nie występującymi

naturalnie (leki, chemikalia) prowadzi do wyzwolenia objawów

choroby, jak np. polekowe zespoły hemolityczne związane z

genetycznym wariantem metabolizmu. Różnorodność (polimorfizm)

genetyczna leży u podłoża zmiennej predyspozycji do niektórych

chorób.

W świetle powyższych rozważań dodatkowo należy wprowadzić ważne z

punktu widzenia diagnostyki różnicowej pojęcie fenakopii. Jak już

wspomniano, czyrmiki środowiska modyfikują działanie genów. W

ewnych sytuacjach może dochodzić do indukcji fenotypu, który nie

odpowiada genotypowi osoby wykazującej ten fenotyp, odpowiada

natomiast określonemu fenotypowi warunkowainemu genetycznie. Tak

więc normalnie rozwijające się, leczone dietą dziecko z

fenylohetonurią można uważać za fenokopię dziecka o prawidłowym

genotypie. Prawidłowy rozwój uzyskano dzięki diecie eliminacyjnej.

Genetyczny defekt metaboliczny pozostaje, jestl przekazywany

potomstwu i w przypadku dziecka pł„ żeńskiej będzie odbijał się w

czasie późniejszej ciąży na rozwoju płodu. Jest więc rzeczą

praktycznie ważną, aby pamiętać, że leczeniem wyindukowano

fenokapię normalnego rozwoju, a nie genetycznie prawidłowy rozwój.

Innym przykładem jest embriopatia warfarinowa. Podawanie preparatu

warfarin (pochodna kumaryny) w czasie ciąży prowadzi do zaburzeń

wapnienia kości na skutek zahamowania syntezy kwasu

gamma-karboksyglutaminowego. U dziecka powstaje obraz kliniczny

(fenokapia) chorr,d'rozZysplasia pun.ctata; czyli zespołu

Conradiego i Hnermanna. Bergstron i wsp. (1972) wykazali, że

zespół ten może występować jako choroba dominująca. Melnićk (1965)

podkreśla, że w większaści rodzin choroba ta jest przekazywana jako

cecha recesywna. Hepple i wsp. (1977) apisali rodziny, w których

chozdrodysplasżn puctata przekazywana była jako cecha sprzężona z

chromosomem X. Rasenfield i wsp. (1962) obserw.owali niektóre cechy

zespołu Canradiego i Hnermanna w przypadkach trrsomii chramosomu

18. Za Spanglerem (1971) należy powtórzyć, że zespół Conradiego i

Hnermanna jeśt doskonałym przykładem różnoradności gcnetycznego

podłoża dla poornie jenolitego zespo

łu klinicznego. Jednocześnie trzeba dodać, że podobieństwo między

tym ze- społem a embriopatią warfarinową jest dobrym przykładem

fenokopii u ga- tunku ludzkiego. Całość tych rozważań ilustruje

złożoność genetycznej diagno- styki różnicowej.

GENTYCZNE OBCIĄENIE POPULACJI

Pojęcie genetycznego obciążenia populacji zawiera w sobie wiele

elementów składowych. Należy rozważać częstość występowania chor&b

genetyeznych, ich skutki dla zdrowia i stopień upośledzenia

sprawności życiowej ("ciężkość" choroby), czas przeżycia chorych

oraz skutki emocjonalne i ekonomiczne dla dotkniętych osób, ich

rodzin i społeczeństwa. Część tyeh elementów jest bardzo trudna lub

wręcz niemożliwa (skutki emocjonalne) do przedstawienia w sposób

ilościowy. Dla pełnej oceny naieży zaszeregować w kategorie,

porównać ze sobą i zsumować "obciążenia" związane z poszczególnymi

chorobami genetycznymi.

Powstaje pytanie, jak oceniE i porównać chorobę występującą po

urodzeniu i prowadzącą do ciężkiego zaburzenia rozwoju i śmierci w

pierwszych latach życia (jak np. mukopolisacharydoza typu I -

zespół Hurler), wrodzoną ahorobę powodującą u,pośledzenie umysłowe

i skracającą czas życia do około połowy (jak np. trisomia

chromosomu 21 - zesp5ł Downa i chorobQ występującą zazwyczaj między

30 a 40 rokiem życia, prowadzącą stopniowo do głębokiego

upośledzenia, a nieznaczn?e skracającą życie (jak np. pląsawica

Huntingtona). Oceny te są zresztą zmienne w czasie. W miarę

uzyskiwania nowych możliwoś„ leczenia lub zapobiegania i zmian

kosztów tego postęgowania stopień obciążenia również ulega zmianom.

Nie daje się więc jednoznacznie określiE rozmiaru genetycznego

obciążenia populacji ludzlej.

CZBTOSC wYBTPOWANIA CHORbB GENETYCZNYCH

CzęstośE wystQpowania chorób genetycznych stanowi podstawową,

wyjściową informację. Gdyby ezęstość poszczególnych genów w

papulacji, częstość świeych mutacji i aberracji chramosomalnych

były znane, można by przewidzieE liczbę świeżych przypadków chorób

genetycznych w kolejnych pokoleniach. Znając czas przeżycia chorych

genetycznie i rozkład grup wiekowych w danej populacji, można by

obliczyć liczbę chorych. Niestety; Mrak jest tych danych. Można

jedynie posługiwać się fragmentarycznymi, dostępnymi badani.i i na

ich podstawie dokonać oceny szacunkowej.

Przegląd literatury światowej wykazuje brak kompletnych rejestrów

chorób genetynych. Wątpliwoci budzi miarodajność rozpoznań,

wykrywalność i zgłaszalność poszczególnych chorób oraz genetyczne

podłoże niektórych rejestrowanych wad wrodzonych. Brak jest danych

o okresie przeżycia chorych, są one odmienne w różnych krajach.

Dostępne rejestry -chorób genetycznych wśród żywo urodzonych „zieci

nie obejmują chorób ujawniających się w późniejszym wieku oraz

genetycznych przyczyn martwych urodzeń i poi'anień samoistnych.

Za najbardziej miarodajną podstawę do oceny częsbości chorób

genetycznych priyjęto prowadzony od ponad 15 lat ż stale

aktualizowany rejestr kanadyjskiej prowincji Kolumbia Brytyjska.

Dotyczy on żywo urodzonych i abejmuje chareby ujawniające się do

około 20 roku życia. Rejestr ten posłużył jako godstawa do

oszaoowania częstości chorób genetycznych u lu

dzi przez Naukowy Komitet Skutków Promieniowania Atomowego

Organizacji Narodów Zjednoczonyeh (United Nations Scientific

Committee on the Effects of Atomic Radiation - UNSCEAR) w raportach

z 1977 i 1980 r. Dane rejestru zostały skorygowane przez UNSCEAR w

świetle badań częstości poszezególnych wybranych chorób

genetycznych, zwłaszeza dominujących, oraz danych innych rejestrów.

Jednym z najlepiej prowadzonych jest węgierski rejestr

"wskaźnikowych" wad wrodzonych (Czeizel, 1978). Obejmuje on wady i

choroby wrodzone jednoznacznie rozpoznawalne w ciągu pierwszych 6

dni życia, a mianowicie bezmózgowie, rozszezep kręgosłupa,

wodogłowie, rozszezep podniebienia i wargi, zarośnięcie przełyku,

zarośnię„e odbytu, nieZstąpienie jąder, niedorozwój końezyn,

wrodzone zwichnięcie stawów biodrowych oraz zespół Downa. Są to

sprawy o różnorodnym podłożu genetycznym i uwarunkowaniu czynnikami

środowiska. Wprowadzono również poprawkę na ezęstość występowania

aberracji chromosomalnych na podstawie badań noworodków.

T a b e 1 a 1. Częstośó występowania chorbb genetycnych na 100 żywo

urodzonyeb n podstawie rejestru Kolumbii Brytyjskiej po poprawkacb

UNSCEAR '

0 , O á

G o ai

'b 0

rbdło ' ó u -

. .N 0 U N

Ń ó '

0 'd O

G,: cn N G

N z v

Gů

UNSCEAR

0,12 0,11 0,20 4,28 4,73 9,10 9,44

UNSCEAR

szacunek 1,00 0,10 0,40 4,30 4,70 9,00 10,50

1982

' CzęstośE aberracji chromosomalnych jest bliższa 0,60%, jeżeli

wliczyE 0,19% aberracji strukturalnych nie znajdujących odbicia w

fenotypie (aberracje euploidalne, jak translokacje zrównoważone i

aberracje typu fuzji centryeznych, gdy przy aneuploidalnej liczbie

modalnej wszystkie chromosomy są w zasadzie obecne).

Tabela 1 przedstawia częstość chor„b genetycznych wśród żywo

urodzonych według aktualnego szacunku UNSCEAR z 1982 r. w

porównaniu z oceną z 1977 r. - Dane węgierskie obejmują częściowo

urodzenia martwe, jak np. bezmózgowie. Czeizel i wsp. (1978)

podają, że wśród dzieci ze zgłosonymi wadami wrodzonymi od 7,5oo do

8,5% wykazywało liczne wady wrodzone (tzw. wielowadzie). Odpowiada

to częstości od 0,26 do 0,29 na 100 wszystkich urodzeń. Większość

przypadków licznych wad wrodzonych odpowiadała poważnym

uszkodzeniom prowadząeym w 6,9o/ do martwych urodzeń, a w 45% do

śmierci w pierwszym raku życia. Leck (1977) oceniał częstość

ciężkich, głęboko upośledzających wad wrodzonych i wad prowadzących

do śmierci we wezesnym okresie życia na podstawie danych

brytyjskich. Według tego autora w 2,44% wszystkich urodzeń dzieci

są obarezone ciężkimi wadami.

Powyższa dyskusja wykazuje trudności porównywania danych różnych

autorów. Stosowane są różne kryteria do określenia ciężkości wady

(choroby)

9 - Zarys genetyh!

oraz różne podstawy do obliczania częstości - wszystkie urodzenia,

tylko żywe urodzenia lub martwe urodzenia. W tym ostatnim przypadku

dane ulegają zmianom, jeśli uwzględnia się porody o czasie,

przedwezesne i niewezesne. Odsetek poronień samoistnych z przyczyn

genetycznych jest zapewne bardzo duży, ale dokładnie nie jest

znany.

Rozważając dostępne piśmiennictwo, dane UNSCEAR należy przyjąć jako

najbardziej miarodajne i wyważone. Należy jednak poczynić kilka

zastrzeżeń. Dane te dotyczą tylko żywo urodzonych i chorób

ujawniających się w ciągu pierwszych 20 lat życia; reprezentują one

minimum i będą w ciągu najbliższych lat korygowane. Już obecnie

należy stwierdzić, że ezęstośe aberraeji chromosomalnych jest

większa. Należy przyjąć, że wynosi ona co najmniej 0,6%; w tym

0,14% trisomii autosomalnych, 0,19/o strulsturalnych aberracji

euploidalnych (typu Robertsona i zrównoważonych), O,0 - jo

aneuploidalnych aberracji struktury autosomów i 0,22% aberracji

chromosomów płciowych. Serie badań noworodków i niemowląt

przeprowadzane w różnych krajach dają odmienne wyniki; stwierdzono

od 0,47% (Kanada) do 0,83/ (Dania) przypadków aberracji

chromosomalnych wśród żywo urodzonych. Zastosowanie technik

prążkowych barwienia chromosomów i nowych metod o dużej zdolności

rozdzielcej zapewne zwiększy jeszeze ocenę częstości występowania

aberracji. Szezególnie dotyczy to aberracji nie znajdujących

odbicia w fenotypie lub zmieniających cechy w niewielkim stopniu.

Należy dodać, że przynajmniej w dwóch okolicach świata, w Danii

oraz w obrębie miasta Nowy Jork, zaobserwowano w ciągu ostatnich 20

lat stały powolny wzrost częstości aberracji chromosomalnych,

zwłaszeza trisomii 21. Wzrost ten nie daje się wytłumaczyć lepszą

wykrywalnością i zgłaszalnością przypadków.

Neel (1978) uważa, że szacunek UNSCEAR jest zaniżony w odniesieniu

do częstości chorób jednogenowych. Liczba jednostek stale wzrasta,

gdyż identyfikuje się ciągle nowe choroby. Można założyć, że nie

zidentyfikowano dotychezas wszystkich chorób jednogenowych.

Podstawę do tego stwierdzenia stanowi następujące rozumowanie.

Większość klasycznyeh recesywnych chorób metabolicznych wiąże się

z nieobecnaścią lub brakiem prawidłowego działania (całkowitym lub

prawie całkowitym) enzymów, białek transportowveh lub

receptorowych. Obecnie u człowieka znanych jest ponad 5000 różnych

białek, których nieobecność lub zmiany czynnościowe mogą prowadzić

do recesywnych chorób metabolicznych mających podobny charakter,

jak znne i opisane do tej pory. Lxezba zaś znanych i opisanych cech

i chorób !ztosomalnych recesywnych wynosi obecnie ok. 1300.

T a b e 1 a 2. Częstośe niektórych dominująey ch autosomalnych

cborób genetycznych na 1000 żywo urodaonych (dane różnych autorów,

średnio)

Choroby CzgstośE wYstępowania

Pląsawica Huntingtona O,„ Neurofibromatosis

Dystrofia miotaniczna

Torbielowatoś nerek 0 g lepota dominująca 0,1 Głuchota

postaE wezesna dziecięca 0,1 postać późna (otoselerosis) dorosłych

3,0 Hipereholesterolemia 2,0 Sferocytoza wrodzona 0,2

Dentżnoettesis imperfecta 0,1 Osleoenesfs imperfectn 0,04 Zespó

Marfana 0,05

Szacunek UNSCEAR stanowi więc dolną granicę częstości chorób

genetycznych i z czasem będzie ulegać podwyższeniu. Rozpiętość

danych podawanych w literaturze ilustruje szacunek częstości chorób

geetyeznych podany przez Galjaarda (1980). Wedlug tego autora wśród

żywo urodzonych choroby autosomalne dominujące występują w ilości

od 0,06 do 0,7%, sprzężone z chromosomem X - od 0,03 do 0,07%,

autosomalne recesywneod 0,09 do 0,25%, aberracje chromosomalne w

0,5oo. Tabela 2 podaje częstość występowania wybranych chorób. Jak

już wspomniano, udział chorób genetyanych w etżologii martwych

urodzeń i poronień samoistnyeh nie jest nany. Dostępne miarodajne

dane dotyczą tylko aberracji ehromosomalnych. Należy uważać, że

przynajmniej 50% poronień samoistnych wiąże się z aberracją

chromosomów u płodu (UNSCEAR). Galjaard (1980) podaje od 50 do 60%

aberracji chromosomalnych w poronieniach samoistnych jako szaeunek

oparty na danych piśmiennictwa światowego. Autor ten chyba

przecenia role aberracji chromosomalnych w stratach ciąży, podając,

że połowa zapłodnień końezy się (uwzględniając straty

przedimplantacyjne) niepowodzeniem ciąży z powodu aberracji

chromsomalnych. Rola ich jest jednak istotna.

T a b e I a 3. Częstośó niektórych chorób recesywnych na 1000 żywo

urodzonych (dane różnych autorów, średnio)

Choroby CzęstośE występowania

Auosomalne

Mukowiscydoza 0,4

Głuchota (różne postaci) 0,5

Slepota (różne postacf) 0,2

Fenyloketonuria 0,08

Galaktozemia 0,025

Mukapolisacharydozy (różne postaci) 0,04

Glikoenozy 0,02

Sprzężone z cromoomem X

Dystrofia mięśniowa Duchenne'a 0,14

fiemofilia A 0,01

Dane przytoczone wyżej oraz w tab. 3 odnoszą się przede wszystkim

do populacji europejskij i północnoamerykańskiej pochodzenia

europejskiego. Populacje o określonym pochodzeniu etnicznym lub

zamieszkujące niektóre rejony mogą wykazywać odxnienne częstości

występowania chorób genetycznych. Tak więc częśtość hemoglobinopat

(np. niedokrwistości sierpowatokrwinkowej) jest większa u Murzynów,

natomiast rzadziej występują u nich aberracje chromosomalne. Wady

eewy nerwowej występują częściej wśród ludności Walii, Szkocji i

Irlandii niż w innych rejonach Eurapy i wśród Irlandczyków

zamieszkałych w Ameryce Północnej. Chroba Taya i Sachsa

(gangliozydoza GM 2 - typ I) występuje u Żydów Aszkenazyjskich ok.

100 razy częściej niż wród innych grup ludności. CzęstoEć

występowania chorób genetycznych jest zmienna w czasie i Carter

uważa, że np. aberracje ehromosomaine wykazują wahania sezonowe.

Niemniej można przyjąć, że dane UNSCEAR i zawarte w tabeli 3 w

przybliżeniu charakteryzują gatunek ludzki. Należy jednak pamiętać

o odehyleniach od tych wartości zależnych od pochodzenia

etnicznego, sposobu kojarzenia par (np. wpływ spokrewnienia

małżeństw wśród geograficznych lub kulturowych izolatów) i rejonu

geograficznego (wpływ środo - ka?).

Na pytanie, w jakim stopniu dane te odnoszą się do populacji

polskiej, nie można udzielić jednoznacznej wiążącej odpowiedzi.

Dostępne są bowiem fragmentaryczne badania dotyczące występowania

chorób genetycznych wśród różnych, niewielkich stosunkowo populacji

w różnym wieku, zamieszkałych w różnych rejonach kraju. Przykładowo

można wymienić badania prowadzone w Instytucie Pediatrii w Krakowie

(Pietrzyk i wsp.), Instytucie Matki i Dziecka (choroby metaboliczne

- Cabalska, Bożkowa i wsp.) i Instytueie Psychoneurologii (Wald,

Zaremba ż wsp.). Ponadto istnieje kilkadziesiąt fragmentarycznych

publikacji. Instytut Matki i Dziecka (Zakład Ochrony Zdrowia -

Kukla i wsp., Zakład Epidemiologii - Wiórowa, Tesarz, Sztachelska

i wsp.) prowadzi od wielu lat analizę śmiertelności i przyczyn

zgonów niemowląt. Badano również zachorowalność, przyczyny

hospitalizacji dzieci i występowanie niektórych chorób genetycznych

(np. wrodzone wady serca - widerski, Tesarz) wśród różnych

wybranych populacji. Wszystkie te publikowane i częściowo zawarte

w wewnętrznych publikacjach dane pozwalają na następujące

stwierdzenia:

1) wśród populaeji polskiej częstość występowania chor&b

genetycznych (w tym wieloczyrmikowe wady wrodz:one) nie odbiega od

szacunku UNSCEAR, nie stwierdzono przynajmniej rażących udehyleń od

częstości występowania tych chorób wśród populacji europejskiej ;

2) można przyjąć, że ok. od 2,5% do 3% dzieci rodzi się z ciężkimi

genetycznymi npośledzeniami; od 0,5oo do l% ginie w pierwszym roku

życia, a więc ok. 2% wkracza w drugi rok życia z tymi obciążeniami;

3) nie analeziono charakterystycznych dla polskiej populacji (lub

subgopulacji regionalnych) chorób wielogenowych i wieloczynnikowych

(wad wrodzonych) lub chorób jednogenowych; badane nieliczne choroby

jednogenowe (przede wszystkim fenyloketonuria, galaktflzemia,

hemofilie) występują z tą samą częstością co w innych populacjach

europejskich; być może mukowiscydoza (dane Instytutu Matki i

Dziecka) występuje nieznacznie częściejwymaga to jednak dalszych

badań; nieprawidłowośei hemoglobiny są niezwykle rzadkie ;

4) częstość aberracji chromosomalnych, łączna i w zakresie

poszezególnych typów, jest taka sama jak w innych populacjach

europejskich;

5) częstoć występowania poszezeg&lnych chorób genetycznych w

poszezególnych rejonach kraju wymaga przeprowadzenia wieloletnich

miarodajnych badań, jest to sprawa o istotnym znaczeniu

praktycznym.

STOPIEl1 OBCIĄENIA CHOftOBĄ GENETYCZN

Stopień obciążenia chorobą genetyczną jest bardzo trudny do ujęcia

w wymiernych kategoriach. Nie można określić ilościowo dramatu

rodziny mającej upośledzone dziecko lub osoby, u której występują

pierwsze objawy pląsawicy Huntingtona, i która zdaje sobie sprawę,

że mogła tę chorobę prze-kazać dzieciom. Skutki choroby genetycznej

należy rozważać z kilku punktów widzenia - dotkniętej osoby,

rodziny i spolerzeństwa. Ten ostatni aspekt jest istotny dla

optymalizacji wykorzystanxa dostępnych środków na ochronę zdrowia

oraz dla oeeny skutków wprowadzenia mutagenów do środowiska życia

i pracy.

Pr&by liezbowej oeeny skutk&w chorób genetycznych podejmowane były

pod tym kątem przez UNSCEAR i Międzynarodową Iiomisję Ochrony przed

Promieniowaniem (International Commission on Radiological

ProtectionICRP). Pojęcxa opracowane przez te komisje są pomocne w

analizie obciążeń genetycznych. ICRP posługuje się przede wszystkim

wskaźnikiem szko

ĆD

dliwości (index of harm), który można opierać na śmiertelności,

„ężkośei uszkodzeń itp. Pewną miarę tych wszystkich czynników

stanowi strata czasu pracy w odniesieniu do normalnego pełnego

zatrudnieńia i wyrażona jako liczba lat roboczych na rok i na 1000

zatrudnionych. Stosując ten wskaźnik, można oceniać skutki

niektórych spraw genetycznych, np. poronień samoistnych. Znając

liczbę i wiek zatrudńionych kobiet, częstość poronień samoistnych

w poszezególnych grupach wieku oraz przeciętny czas niezdolności do

pracy (wszystkie dane dostępne ze statystyk służby zdrowia i

zatrudnienia), można obliczyć ten wskaźnik, wiedząc, że 50%

poronień wiąże się z aberracjami chromosomalnymż. W polskim

systemie opieki lekarskżej należy doliczyć jej koszty. To samo

podejście, tj. wskaźnik straty czasu pracy plus koszty opieki

lekarskiej, można zastosować do chorób genetycznych, ujawniających

śię w późniejszym okresie życia (w wieku produkcyjnym). Wskaźnik

ten można również odnieść do ehorób występująeych we wezesnym

okresie życia i prowadzących do śmierci w wieku dziecięcym lub do

ciężkiego upośledzenia umysłowego i fizycznego, które uniemożliwia

pracę.

Innym podejściem do oceny wielkości obciążeń genetycznych jest

analiza odsetka dzieci hospitalizowanch z przyczyn genetycznych i

niegenetycznyeh, z uwzględnieniem długości przeciętnego czasu pobyt

w szpitalu, liczby ponownych hospitalizacji i przeciętnych kosztów

leeenia. Pxegląd danych piśmiennictwa wskazuje, że im wyżśzy jest

standard życia danego kraju i im lepsza opieka lekarska, tym wyżśzy

jest odsetek dzieci hospitalizowanych z powodu chorób genetycznych.

Może się on wahać od 34o/a do 75%, zależnie od kraju, w którym

prowadzono badania. Należy zastrzec, że dostępne dane dotyczą

stosunkowo wysoko rozwiniętych krajów.

Przeciętny czas hospitalizacji paejentów genetycznych jest 1,5 razy

dłuższy niż niegenetycznych. Liczba ponownych hospitalizacji z

powodu tej samej choroby wynosi przeciętnie 5,3 w porównaniu z 1,3

dla chorych ńiegenetycznych. W Polsce (dane I. Sztachelskiej i H.

Wiórowej) odsetek dzieci hospitalizowanych z powodu wad wrodzonych

znacznie wzrósł v 1971 r. w porównaniu z 1963 r., zwłaszeza w

starszych grupach wiekowych. Wskazuje to na to, że większa liczba

chorych genetycznie przeżywa dłuższe okresy.

T a b e 1 a 4. Umieralnoć z powodu niektórych wybranych grup chorób

genetycznych w ciągu pierwszych 5 lat życia (obliczana na 1000

dzieci). %V nawiasach podano, ile razy wzrasta ryzyko zgonu w tym

okresie w porównaniu z całą populacją (wg UNSCEAR, 1982, na

podstawie danych różnych autorów)

Choroby 1 rok życia 2 lata 3 lata 4 lata 5 lat

Wszystkie uro-

dzenia żywe (zdro-

wi i chorzy gene-

tycznie) 23,6 1,8

Choroby dominu-

jące 98,0(4)() 19,4(11)()

Choroby recesyw-

ne 98,5(4)() 35,0(19)()

Wady wrodzone 130,0(5)() 11,2(6)()

1,0 0,7 0,6 4,2 (4)() 4,7 (7)()

32,6 (33)() 27,0 (39)() 13,1 (22)() 5,6 (sX) 3,0 (4)() 3,3 (5)()

Powyższe dane charakteryzują przede wszystkim obciążenie sp4łeczne.

Z punktu widzenia dotkniętej nsoby i jej rodziny istotne maczenie

ma upośledzenie sprawności życiowej. Można je próbować mierzye

stopniem utraty

zdolności do samodzielnego życia. Może ona wyrażać się wielkością

utraty zdolności zarobkowej i produkeyjnej lub wielkością nakładów

na opiekękoszty pomocy w życiu we własnym domu, koszty

hospitaliżacji lub pobytu w domu opieki. W piśmiennictwie dostępne

są nieliczne dane o poszezególnych chorobach genetycznych i trudno

jest formułować ogólniejsze wniaski. Całkowicie brak tego typu

badań w Polsce. Innym kryterium porównania dla "ciężkości" choroby

genetycznej może być stopień zwiększenia ryzyka śmierd w porównaniu

z przeciętnym w populacji.

Tabela 4 przedstawia szacunkowe dane UNSCEAR, dotyczce umieralności

dzieci do lat 5 z powodu chorób genetycznych.

FORMY I MOLIWOŚCI OPIEKI GENETYCZNEJ

Lekarslsa opieka genetyczna wykazuje dwie podstawowe ceehy różniące

ją od tradycyjnej praktyki lekarskiej. Po pierwsze, właściwe

postępowanie genetyczne wymaga zaangażowania dużych

wielospecjalistycznych zespołów, z poważnym udziałem specjalności

niemedycznych i paramedycznych, jak psychologów, biologów,

socjologów i pracowników socjalnyh. Po drugie, w odróżnieniu od

tradycyjnego stosunku lekarz - pacjent przedmiotem opieki jest tu

grupa ludzi, to jest genetycznie chora osoba i jej rodzina. Stwarza

to wiele problemów praktyeznych i etycznych. Coraz lepsze i tańsze

sposoby wezesnego wykrywnia chorhb genetycżnych wśród populaeji

metodą testów przesiewowych rodżą problemy etyezne i organizacyjne.

Zagadnienia te omó - ono szerzej w rozdziale XIV - o poradnictwie

genetycznym.

Formy opieki genetyrnej mogą być różne ż zależą od konkrtnych

możliwości udzielenia pomocy. Podstawę stanowi właciwe rozpoznanie

choroby x ustalenie toku jej dżiedżiczenia. Każda ehoroba

genetyczna, która wiąże się z ryzykiem genetycznym, tj. zwiększonym

prawdopodobieństwem wystąpienia takiej choroby u następnych dzieci,

wymaga rozpznania w możliwie wezesnym okresie życia. Pożwala to

bowiexn na udzielenie tej rodzinie porady genetycznej w porę, to

jest po urodzeniu pierwszego chrego dziecka. Pomijając aspekty

humanitarne - tragedię rodziny obciążonej kilkorgiem chorych

dzieci, jest to sprawa o wielkim znaczeniu społecznym, stanowi

bowiem podstawę profilaktyki chorób genetycznych. Stąd też

najważniejszą zasadą opieki genetycznej jest stwierdzenie, że

rozpoznanie przypadku choroby genetycznej jest równoznaczne z

identyfikacją rodziny ryzyka genetycznego. Rodzina ta wymaga porady

genetycznej. Nieudzielenie jej lub nieskierowanie do poradni

genetycznej należy uważać za błąd w sztuce lekarskiej.

Ze społecznego punktu widzenia w grupie chorób, w których wezesne

leczenie zaFobiega rozwojowi objawów i które występują dostatecznie

często, uzasadnione jest wprowadzenie diagnostycznych testów

przesiewowych obejmujących całą populację noworodków lub niemowląt.

Akeja taka musi być powiązana z poradnictwem genetycznym. W

przypadku chorób, w których lekarskie, pedagogiczne i

psychologiezne postępowanie można rozpocząć dopiero w wieku

szkolnym (np. aberracje chromosomów płciowych - zespół Turnera lub

Klinefeltera), działanie w celu weześnxejszego ich wykrycia może by

dyskutowane. Wezesne rozpoznanie może niepotrzebnie napiętnować

rodzinę, która jak się wydaje, nie ponosi istotnego ryzyka

genetycznego. Z drugiej strony dzieci z tymi aberracjamż ponoszą

większe od przeciętnego ryzyko śmierci w okresie noworodkowym.

Próba zmniejszenia tej śmiertelności mogłaby opierać się na badaniu

składu chromosomów płciowych przez oznacenie heterochr4matyny

płciowej żeńskiej X (ciałka Barra) i męskiej (ciałka Y).

yłoby to kosztowne, gdyż albo wymagałoby dużego nakładu pracy, albo

użycia bardzo drogich układów do automatycznej analizy brazów

mikroskopowych.

Można by sobie wyobraziE udostępnienie na zasadzie dobrowolności

papulacji w wieku reprodukcyjnym badań na nosicielstwo chorób

genetycznych w celu identyfikacjx par ryzyka genetycznego. Można

również badać kobiety w ciąży w celu wykrycia chorób genetycznych

płodu.

Podsumowująe, jedną z form opieki genetycznej jest wprowadzenie

specjalnych testów przesiewowych lub wykorzystanie badań masowych

(np. bilansów zdrowia poszczególnych grup wiekowych dzieci -

badania wprowadzone przez Instytut Matki i áziecka) w celu wykrycia

w odpowiednim okresie chorób genetycznych. Akcja taka pozwala na

identyfikację rodzin ryzyka genetycznego i objęcie ich poradnictwem

genetycznym. Jest to opieka retrospektywna, gdyż chodzi o rodziny,

w których choroba genetyczna wystąpiła przynajmniej u jednej osoby.

Równoległym działaniem jest zaoferowanie porad genetycznych

rodzinom osób, u któryh w jakimś okresie życia lekarz dowolnej

specjalności rozpoznał chorobę genetyczną.

Zidentyfikowane rodziny mogą zostać objęte prospektywną pieką. Mog

być poinformowane o wielkości ryzyka. W przypadku podjęćia decyzji

o dalszej prokreacji można tym rodzinom zagwarantować w porę

wykonane badania dianostyczne w celu wykrycia określonej choroby.

Mogą to byE badania w okresie ciąży (patrz rozdział 'XV -

Diagnostyka prenatalna), lub też badania w najwcześniejszym okresie

żyeia, w którym można rozpoznać chorobę. Tego typu działanie można

by określić jako genetyczną opiekę okołoporodową. Tego samego typu

prospektywną opiekę można zastosować do wcześniej zidentyfikowanych

grup ryzyka, jak np. znani nosiciele chorób genetycznych lub

kobiety rodzące po 37 roku życia. Opieka okołoporodowa ma zapewnić

wczesne rozpoznanie i leczenie chorego dziecka tam, gdzie jest ono

możliwe. Obciążone rodziny mogą również podjąć decyzję przerwania

ciąży, jeżeli zostanie stwierdzona nieuleczalna genetyczna choroba

płodu.

Następnym istotnym elementem jest zagwarantowanie możliwości

leczenia i rehabilitacji fizycznej oraz umysłowej w specjalnych

zakładach lub w domu pod kierunkiem fachowego, specjalnie

przeszkolonego personelu. Obserwacje zebrane w wielu krajach

wskazują, że rehabilitacja chorych genetycznie przebiega sprawniej

w omu niż w zakładach opieki. Rodziny mające genetycznie chore

dzieci wymagają jednak nie tylko specjalnej opieki lekarskiej i

ekonomicznej, ale także porad psychologicznych opartych na opiniach

psychologa i socjologa. Rodziny te wymagają pomocy zarówno w

ustawieniu własnej sytuacji życiowej, jak i w wychowaniu zdrowych

dzieci. Często bowiem obecnośE w domu genetycznie chorego dziecka

odbija się na rozwoju zdrowego rodzeństwa.

POiSUMOWANIE

Znajomość praw genetycznej regulacji procesów życiowych jest

niezbędna do zrozumienia fizjolog i patolgii czlowieka. Lekarz

musi nauczyć się "myśleć genetycznie", aby opanować teoretyczne

podstawy x zastosowania genetyki w praktyce lekarskiej. Poza tą

ogólną wiedzą każdy lekarz musi umieć identyfikować choroby

genetyczne oraz osoby i rodziny ryzyka genetycmego, aby móc

skierować chorych i ich rodziny po poradę genetyczną oraz do

odpowiedniego specjalisty w celu uściślenia lub ustalenia

właściwego rozpoznania oraz postępowania leczniczego. Szczególne

znaczenie ma to w praktyce

pediatryanej, położniczej, neurologicznej, hematologicznej,

dermatologicznej i ortopedycznej.

Genetyka medyczna rozwija się szybko i coraz bardziej ulega

zróżnicowaniu na takie podspecjalności, jak genetyka kliniczna,

poradnictwo genetyczne, cytogenetyka, farmakogenetyka,

immunogenetyka, genetyka biochemiczna, genetyka populacyjna,

genetyka komórek somatycznych z uwzględnieniem mutagenezy i

karcynogenezy, genetyka rozwoju, genetyka matematyczna i genetyka

ilaściowa.

Opanowanie całości niezbędnej wiedzy przekracza możliwości

pojedynczej osoby i dlatego prawidłowa medyzna opieka genetyczna

wymaga działań wielospecjalistycznego zespołu genetyków i

przedstawicieli poszczególnych specjalności klinicznych. Dla

zorganizowania właściwej opieki genetycznej konieczne jest

zaangażowanie przedstawicieli specjalności ńiemedycznyeh (biologów,

psychologów i socjologów) oraz paramedycznyeh.

Do zrozumienia podstaw genetyki potrzebna jest znajomość

mechanizmów przekazywania cech dziedzicznych i realizacji

informacji genetycznej oraz zależnoś„ tych zjawisk od interakcji z

czynnikami środowiska. Zazwyczaj o genotypie wnioskuje się na

podstawie fenotypu. Należy zdawae sobie sprawę, że wnioskowanie to

jest ogranicone i zależne w dużym stopniu od rodzaju i dokładności

wybranej metody opisu cech fenotypu.

Ghorobami genetycznymi można nazwać odchylenia od stanu

prawidłowego, przekazywane jako cecha dziedziczna z pokolenia na

pokolenie lb powstałe de novo cechy związane żaburzeniami

mechanizmów dziedziczenia.

Choroby genetyczne występują często, stwierdza się je u co

dziesiątego żywo urodzonego dziecka. 3/o żywo urodzonych wykazuje

ciężkie upośledzenie genetyczne; l% ginie w pierwszym roku życia,

a 2% wkracza z tym obciążeniem w drugi rok życia. Tabele od 1 do 4

podają wybrane dane o częstości chorób genetycznych. Co najmniej

połowa poronień samoistmych i ok. 6% śmiertelności okołop-orodůowej

wiąże się z chorobami genetycznymi.

Częstość występowania chorób genetycznych nie oddaje obciążenia

poszczególnych chorych osób, ich rodzin i społeczeństwa. Różnorodne

próby liczbowych porównań obciążenia ohorobami genetycznymi dotyczą

przede wszystkim skutków socjoekonomicznych. Próbowano określić

skrócenie czasu życia, koszty strat produkcyjnych, koszty leczeńia

i opieki ora względny wzrost ryzyka śmierci w poszczególnych

grupach wiekowych. Brak jest miarodajnych sposobów liczbowego

określenia obciążenia genetycznego.

Podstawową formą opieki genetycznej jest identyfikacja rodzin i

grup ryzyka genetycznego w celu objęcia ich działaniami lecznieymi,

rehabilitaeyjnymi i profilaktycznymi. Rozpoznanie choroby

genetycznej jest równoznaczne z identyfikacją rodziny ryzyka

genetycznego. Rodzina ta powinna być poiformowana o ryzyku i

uzyskać kompetentną poradę genetyczną. Nieudzielenie tej informacji

i porady należy uważać za błąd w sztuce lekarskiej.

II. Informacja genetczna

Krzysztof Boczkowski

Genetyka jest nauką o informacji genetycznej, o jej przekazywaniu

do pw tomnych komórek oraz o ekspresji, czyli wyrażaniu się tej

informacji.

Genotypem nazywamy całą genetyczną informację osoby, a więc zspół

wszystkich jej genów.

Natomiast fenotyp człowieka określamy przez opis jego budowy ciała

oraz właściwości biochemicznych, fizjologinych i psychicznych.

Również liczba i kształty chromosflmów są cechami fenotypowymi i

ich badanie cytologiczne jest w zasadzie badaniem jednej z cech

fenntypu. Chromosomy zawierają jednak kwas dezoksyrybonukleinowy

(DNA), w którym zapisana jest informacja genetyczna, stąd nadmiar

chromosomów lub braki w ich składzie, jak również nieprawidłowości

w ich budowie, wskazują na nadmiar lub braki w materiale

genetycznym.

PIZZEKAZYWANIE INFORMACJI GrENETYCZNEJ KOMóRKOM POTOMNYM

Wszystkie komórki, z których składa się ustrój wyższy, powstały z

jednej komórki, a mianowicie z zygoty, czyli zapłodnionego jaja.

Mimo że komórki w ustroju wyższym są zróżnicowane w rozmaitych

kierunkach i wyknnują rozmaite czynności, wszystkie one pod

względem genotypu nie różnią się od komórki macierzystej, czyli

zygoty.

Cytogenetycznym dowodem genotypowej identyeności wszystkich komórek

ustroju wyższeg jest ten sam zestaw chromosomów, a więc ten sam

kariotyp, niezależnie od tego, czy mamy do czynienia z komórką

tkanki łącznej, nabłonka czy jakiejkolwiek innej tkanki tego samego

organizmu. Jednorodność genotypowa wszystkich komórek implikuje, że

w procesie rozmnażania śię komórek muszą wchodzić w grę bardzo

precyzyjnie działające mechanizmy, które z jednej strony zapewniają

wierne powielanie materiału zawierająeego informację genetyczną, a

z drugiej pozwalają na dokładny podział tego materiału dla dwóch

komórek potomnych.

Dzięki osiągnięciom współczesnej bioehem i genetyki wiadomo, że

materiałem, w którym zapisana jest informacja o planie budowy i

funkcji całego organizmu, jest kwas dezoksyrybonukleinowy (DNA).

Prawie cały DNA znajduje się w chromosomach, w jądrze komórki,

gdzie jego ilość podwaja się w procesie syntezy, zwanym replikacją

DNA. Proc ten przebiega w okresie międzypodziałflwym jąra

komórkowego.

Rozdzielenie chromatyd, a więc materiału genetycznego, na dwie

komórki potomne zachodzi w wyniku procesu, który jest dostrzegalny

dla morfologa

i opisywany jako mitoza. W procesi2 tym występuje znaczna

kondensacja chromatyny, w wyniku czego możemy obserwować ehromosomy

mitotyczne. W procesie mitozy dochodzi do rozszezepienia

chromosomów wzdłuż, a później do rozejścia się ich do biegunów

komórki, gdzie zaczyna się wykształcanie dwóch nowych jąder

k:omórkowych. Mitoza jest procesem, który zapewnia dokładny podział

materiału genetycznego, w wyniku czego powstają dwie komórki o

identycznym genotypie. Mitoza, którą rnożna badać metodami

morfologicznymi, stanowi dla badacza jedyną fazę w cyklu życiowym

komórki, w której możliwa jest obserwacja liczby i kształtu

chromosomów oraz ewentualnyeh zaburzeń, czyli aberracji

chromosomalnych. Z tych względów, głównym materiałem badawezym

cytogenetyki są chromosomy w metafazie, a więc w tym okresie, w

którym nie uległy one jeszeze rozszezepieniu i rozejściu się do

komórek potomnych.

Liczba chromosomów jest stała dla danego batunku. Korzxórki

somatyczne człowieka mają ich 46 - jest to tzv. liczba diploidalna.

Natomiast liczba haploidalna, która występuje w dojrzałych

komórkach płciowych (gametaeh), vynosi 23.

Każdy chromosom ma centromer, znajdujący się w tzw. przewężeniu

pierwotnym, będący wyspecjalizowanym obszarem związanyrn z

przemieszezeniem chromosomów potomnych do biegunów wrzeciona

kariokinetycznego (podziałowego). Niektóre chromosomy mają również

dodatkowe przewężenia wtórne, z których jedno będące miejscem

wytwarzającym jąderko - nazywane jest organizatorem jąderka, gdzie

wytwarzane s cząsteczki rRNA i formowane podjednostki rybosomów.

Centromer

Ryc. 1. Ogólny sehemat budowy chromosomu ludzkiego: a - w metafazie

chromosom składa się z dwóch chromatyd połączonych centromerem: b

- w czasie anafazy w wyniku prawidłowego podłużnego podziału

eentromeru następuje rozejście się chromatyd.

Po takiej ogólnej eharakterystyce należy opisać bliżej od strony

rnorfologieznej tzw. okres spoczynkowy jądra komórkowego oraz

mitozę i chromosomy mitotyczne, gdyż właśnie morfologia

mitotycznych chromosomów stanowi podstawowy materiał badawezy

cytogenetyki (ryc. 1).

I N T Eft FAZA

Cykl życiowy komórki możemy podzielić na dwie główne fazy ---

interfazę oraz mitozę lub mejozę (ryc. 2). Interfazę nazywano

również stanem spoeynku, gdyż nie zachodzą wtedy w komórce widoczne

zmiany charakterystyczne dla mitozy i pozostaje ona optycznie

ńiezmienrona. Jest to jednak faza bardzo istotna dla życia komórki,

gdyż jej cytoplazma różńicuje się wtedy i spełnia swe swoiste

funkeje, a jądro komórkowe przygotowuje się do podziału.

W interfazie zachodzi bowiem podwojenie iloci DNA w chromosmach,

tzw. replikacja DNA, w czasie której, po rozwinięciu i rożdziale

dwóch łańcuchów, podwójna spirala zostaje odtworzona przez

dobudowanie komplementarnego łańcucha. Możemy ten proces uwidocznić

za pomocą specjalnych metod barwienia, jeśli komórki były hodowane

w środowisku zawierającym bromodezoksyurydynę (BrdU), będącą

analogiem tyminy. Badanie takie wykazuje również wzajemną wymianę

siostrzanych chromatyd, której częstość wzrasta w niektórych

zespołach chorobowych, zwłaszeza w tych, które predysponują do

procesów nowotworowych. Na przykład w zespole Blooma częstość

wymiany siostrzanych chromat.yd jest dziesięć razy większa niż

normalnie.

b \ Interfaza /

\ /

\ / Profazn

M;toza

AnatoZa _

Metnfaza

Ryc. 2. Sehematyczne przedstawienie interfazy i mitozy. Pod koniec

mitozy w telofazie chromosomy składają się z pojedynezych

chromatyd. W kresie interfazy następuje podwojenie ilości DNA w

chromosomach; na początku następnej mitozyw profazie - chromosomy

składają się z dwóch chromatyd. Długości poszezególnych odcinków

koła nie są proporejonalne do czasu, gdyż w rzc:czywistości okres

trwania interfazy jest dłuższy od okresu trwania mitozy (wg Suttona

- modyfikacja).

Tak więc w interfażie każdy z chromosomów przygotowuje się do

mającej wkrótce nastąpić mitozy. Chemiczny proces - replikacja DNA

- zachodzi więc na pewien czas przed ostatecznym podziałem

ehromosomu na dwie siostrzane ehromatydy, co odbywa się dopiero w

czasie mitozy. Ponieważ w czasie interfazy chromosomy nie są w

stanie skondensowanym, jak w czasie mitozy, są one niewidoczne lub

widoczne bardzo słabo.

lPRZEBIEG bllTOZY

W przebiegu podziału mitotycznego wyróżniamy eztery fazy: 1)

profazę lub fazę przygotowawcą, 2) metafazę, 3) anafazę i 4)

telofazę (ryc. 3).

Profaxa. Pierwszą zapowiedzią podziału mitotycznego są zmiany v

cytoplazmie. Zanika mianowicie dotychezasowy centrosom, gdyż

znajdujące się w jego obrębie dwie centriole, ktbre dotychezas

leżały blisko siebie, zaczynają oddalać się od siebie i wędrują na

bieguny komórki. Każda z centrioli na bie

Profaza Metafaza

r r,afaza i elofaza

Ryc. 3. Schemat przedstawiający podział mitotyczny na przykładzie

ezterech chromosomów. Kolejne stadia mitozy: profaza, metafaza,

anafaza, telofaza (wg Thompsona i Thompson - modyfikacja).

gunach komórki otacza się tzw. centrosferą i w ten sposób powstają

dwa nowe centrosomy. Od każdego z centrosomów rozchodzą się

promieniście cytoplazmatyczne włókienka, z których w następnej

fazie utworzy się wrzeciono kariokinetyczne (podziałowe).

Równocześnie ze zmianami w cytoplazmie zaczynają się zmiany w

obrębie jądra, które polegają na zagęszczaniu się chromatyny

jądrowej. W procesie tym tworzą się nici chromatynowe, które

zaczynają zagęszczać się i wewnątrz jądra pojawiają się chromosomy,

wyglądające jak splątany klębek nici. Pod koniec profazy

wyodrębniają się poszczególne chromosomy oraz zanika błona jądrowa.

Metafaza. W stadium metafazy chromosomy kurczą się naclal i

izlsładają się v płaszczyźnie rówńiko - ej komórki, a więc w

jednakowej odległości od bieg,znów. Taki układ chromosomów nazywamy

płytką równikową. Równocześnie do centromerów chromosomów

przyczepiają się nici wrzeciona kariokinetycznego. Metafazą

n.azywamy więc krótki okres, - którym chromosomy znajdują się w

płaszczyźnie równikowej. áadania mikroskopowe dzielącycls się

komórek człowieka wykazaly, żc stadium metafazy trwa ok. 30 minut.

Ponieważ w metafazie chromosomy znajdują się w stanie konden:;acji,

są one wtedy najłatwiejsze do obserwacji i policzenia, jak również

można określić ich charakterystyczny kształt (ryc. 4). Dlatego

chromosomy mitotyczne badamy w metafazie; a w celu zaś zatrzymania

ich w tym stadium działamy kolchicyną, która uszltadzając wrzeciono

kariokinetyczne, uńiemożliwia przejście do anafazy.

Ogólny schemat budowy chromosomu ludzkiego w stadium metafazy

przedstawiono na rycinie I. Chromosom składa się z dwóch chromatyd

połączonych centromerem.

Hyc. 4. Mitoza. Chromosomy krwinki białej w stadium metafazy.

Widoczne 46 chromosomów.

Strzałkami zaznaczone często obserwowane w czasie metafazy wspólne

ułożenie obok siebie chromosomów akrocentrycznych mających tzw.

asocjacje satelitarne. Pow. 1000 X.

Anafaza. Chromatydy każdego chromosomu odsuwają się coraz bardziej

od siebie i z chwilą, gdy następuje podłużny podział centromeru,

rozdzielają się całkowicie. Siostrzane chramatydy są przesuwane

przez nici wx'zeciona kariokinetycznego (zaczepione na centromerze)

w kierunku przeciwległych centrosomów. Każdy z chromosomów

rozszezepił się więc 4statecznie na dwie chromatydy i jedna z nich

wędruje do jednego bieguna komórki, druga do drugiego. Dotyrzy to

wszystkich chromosomów. W wyniku tego procesu na każdym biegunie

znajduje się połowa materiału genetycznego każdego z chromosomów,

gdyż na każdym biegunie znajduje się 46 siostrzanych chromatyd. Od

tego mnmentu chromatydy siostrzane nazywamy chromosomami

siostrzanymi.

Telofaza. W telofazie dwie grupy siostrzanych chromosomów zostają

otoczone błoną jądrwą, zachdzą również zmiany w błonie komórkowej,

które prowadzą do podziału cytoplazmy na dwie części.

Powstają dwie komórki; każda z nich, podobnie jak komórka

macierzysta, zawiera 46 chromosomów, lecz każdy z tych chromosomów

w odróżnieniu od komórki maeierzystej składa się nie z dwóch, lecz

tylko z jednej chromatydy i - co za tym idzie - zawiera jedynie

połowę tej ilości DNA, którą zawierał chromosom macierzysty.

Ponieważ jednak już przed rozpoczęciem mitozy, w wyniku syntezy

DNA, nastąpiło podwojenie DNA chromosomalnego, komórki potomne,

które wykształcają się w telofazie, zawierają ilość materialu

genetycznego równą wartości diploidalnej.

PRZEBIEG MEJOZY

Proces zapłodnienia polega na połączeniu się materiału genetycznego

dwóch gamet - plemnika i jaja; tak więc w zapłodnionym jaju, czyli

w zygocie, sumuje się materiał chromosomalny rodziców. Liczba

chromosomów w zygocie jest wprawdzie dwukrotnie większa niż w

gametach, zachowuje jednak

stałą dla gatunku wartość rliploidalną, ponieważ w procesie

dojrzewania gamet doszlo do zredukowania liczby chromosomów do

połowy. Taka połówkowa wartość garnituru chromosomowego nazywa się

wartością haploidalną. Zmniejszenie się do połowy liczby

chromosomów i ilości materiału genetycznego (DNA) zachodzi w

komórkach płciowych w czasie dwóch kolejnych sprzężonych ze sobą

podziałów, zwanych podżiałami redukcyjnymi albo mejozą.

Mejozą nazywamy dwa sprzężone ze sobą podziały komórkowe, w wyniku

których powstają komórki płciowe o zredukowanej do połowy liczbie

chromosomów, czyli gamety, oraz dokonuje się wymiana materiału

genetycznego między homologicznymi chromosomami.

Spermatogeneza i oogncza

fomórki płciowe przechodzące proces mejotyczny nazywają się u

kobietooeytami, a u mężczyzn - spermatocytami. Powstają one z

oogonii i spermatogon na skutek podziałów mitotycznych.

Spermabogonie i oogonie rozmnażają się kilkakrotn„e za pomocą

zwykłych podziałów mitotycznych i mają diploidalną, nie zredukowaną

liczbę chromosom„w. Spermatogonie przystępujące do podziału

mejotycznego noszą nazw spermatocytów I rzędu, a oogonie - oocytów

I rzędu.

W wyniku I podziału mejotycznego ze spermatocytu I rzędu powstają

dwa spermatacyty II rzędu, natomiast z oocytu I rzędu powstaje

oocyt II rzędu i pierwsze ciałko kierurikowe. W wyniku I i II

podziału mejotycznego powstają 4 spermatydy (które następnie

dojrzewają i stają śię plemnikami) albo jedna dojzzała komórka

jajowa i 3 ciałka kierunkowe.

Różnica między spermatogenezą a oogenezą polega na tym, że w

spermatogenezie podział cytoplazxny jest symetryczny i wszystkie

spermatydy są jednakowej wielkości, natomiast w wyniku oogenezy

powstaje duża komórka jajowa, która pz2ejmuje prawie całą

cytoplazmę i zawarte w niej substancje odżywcze, natomiast 3 ciałka

kierunkowe są małe i wkrótce wyrodnieją. Istotny jest również fakt,

że oogeneza rozpoczyna się już w czasie życia plodowego, a kończy

dopiero w okresie owulacji, tak więc jej czas trwania obejmuje od

kilkunastu do kilkudziesięciu lat, natomiast spermatogeneza

dokonuje się dopiero w okresie dojrzałości płciowej mężczyzny i

trwa 74 dni. Dlugotrwały przebieg oogenezy jest, jak się

przypuszcza, jedną z zasadniczych przyczyn tłumaczących częstsze

występowanie aberracji chromosomalnych w komórkach płciowych

starych kobiet w porównaniu z komórkami płciowymi starych mężczyzn,

co znajduje swój wyraz w częstszym występowaniu ,berracji

chromnsomlnych u dzieci staryeh matek.

Pierwszy podzia mejotyczny

Pierwszy podział mejotyczny zaczyna się od dlugo trwającej profazy,

która różni się znacznie 4d profazy mitotycznej i dla lepszego jej

opisania końieczne jest wyodrębnienie kilku stadiów (ryc. 5). W

czasie profazy zachodzi charakterystyczna i istotna dla procesu

dziedziczenia wymiana materiau genetycznego pomiędzy homologicznymi

chromosomami, zwana crossing-over.

W profazie I podziału mejotycznego wyróżniamy następujące stadia:

1) leptoten, 2) zygoten, 3) pachyten, 4) diploten i 5) diakine2ę.

W leptotenie ze zrbu jądrowego wyróżnicowuja się chromosomy w

potaci bardzo Gienich, spltanych nici.

W zygotenie chromosomy homologiczne zbliżają się i układają obok

siebie. Należy przypomnieć tutaj, że w garniturze diploidalnym

chromosomy pochodzące od matki i ojca tworzą pary ściśle

odpowxadających sobie chromosomów, zwanych chromosomami

homologicznymi. Homologiczne chromosomy, łączące się samorzutnie w

pary, nazywamy biwalentami.

W pachytenie homologiczne chromosomy wybitnie rubieją i zbliżają

się, przylegając do siebie na całej swej długości.

W diplotenie zaznacza się już wyraźnie rozszezepienie każdeo z

chromosomów homologieznych na dwie chromatydy, tak że każda para

chromosomów (biwalent) składa się już z 4 wyraźnych chromatyd; taki

układ nazywamy tetradą. hromatydy stają śię coraz bardziej wyraźne

i oddalają się od śiebie, pozostając z sobą w łącznnści w dwu lub

kilku miejscach, gdzie dwie chromatydy homologicznych chromosomów

krzyżują się ze śobą. Te miejsca styków i skrzyżowań nazywamy

chiazmami. W chiazmaeh następuje wzajemna wymiana odpowiadających

sol7ie odcinków pomiędzy homologicznymi chromosomami, czyli

crossing-over (ryc. 6).

Po wymianie materiału genetycznego chromosomy homologiczne nie są

już jednoznacznie chromosomami matezynymi lub ojcowskimi, gdyż

każdy zawiera geny zarówno ojcowskie, jak i matezyne.

Ostatńie stadium profazy mejotyeznej stanowi diakineza. W

diakinezie chromośomy stają się jeszeze krótsze i przygotowują śię

do metafazy I podziału dojrzewania (ryc. 7).

W metafazie tetrady układają się w środku wrzeciona

kariakinetycznego, ktbrego nici przyGzepiają się do centromerów

każdego z chromosomów.

W odróżnieniu d metafazy mitotycznej podezas metafazy mejotycznej

nie dochodzi do rozszezepienia chromosomów na chromatydy, lecz

chromoomy rozehodzą się w całości. Spośród każdej pary

homologicznych chromosomów jeden chromosom wędruje do jednego

bieguna, drugi zaś do przeciwległego bieguna, przy czym wybór

biegunów przez pośzezególne chromosomy dokonuje się losowo.

W anafaie na każdym biegunie komórki grupują się chromosomy, z

których jedne mają centromery pochodzące od matki, inne zaś - od

ojca.

W telofazie po skońezonej wgdrówce chromosomów zaczynają się

tworzyć jądra i dżieli się cytoplazma. Powstają dwie potomne

komórki o zredukowanej liczbie chromosomów. W proeesie

spermatogenezy powstają dwa spermatocyty II rzędu, w oogenezie

jeden oocyt II rzędu i jedno ciałko kierunkowe.

Różnica między podziałem mitotycznym a I podziałem mejotycznym

polega na tym, że w wyniku podziału mitotycznego powstają dwie

komórki, które, podobnże jak komórka macierzysta, mają u człowieka

4s chrnmosomów a każdy z nich składa śię z jednej tylko chromatydy.

W wyniku I podziału mejotyeznego pnwstają dwie komórki, każda z

nich ma 23 chromosomy, z których każdy składa się z dwóch

chromatyd. Istotna różnica genetyczna polega na tym, że w wyniku

podziału mitotycrnego pnłowa każdego z chromosomów dzielącej śię

komórki przeszła do komórek potomnych i dzięl;i temu mają one tę

samą informację genetyczną co komórka, z której powstały. Natomiast

w czasie I podziału mejotycznego nastąpiła wymiana odcinków mżędzy

homologicznymi chromosomami, a do potomnych komórek przeszedł w

eałości losowo jeden z każdej pary homologiczzzych chromosomów. Tak

więc dwie nowo powstałe komórki płciowe (np. dwa spermatncyty II

rzędu) różnią się pod ,vzględem informacji genetycznej zarówno w

stosunku do komórki macietystej, jak i,pomżędzy sob.

I podz iał mejotyczny

Lptoten Z ygoten

Pachyten Diptoten

Metafaza

Anafaz

Tetofaza

Ryc. 5

II podziat mejotyczny

, Metafaza

Anafaza

Telotazo

Ryc. 5. Schemat przedstawiający podział mejotyczny na przykładzie

4 chromosomów: I - pierwszy podział mejotyczny: a - leptoten,

zygoten, pachyten, diploten (widoczne crossing-over); b - metafaza,

widoczne dwie pary homologicznych chromosomów (dwa biwalenty);

anafaza, widoczne losowe rozejście się centromerów (chromosomów)

pochodzących od matki i ojca; II - drugi podział mejotyczny:

metafaza, anafaza, telofaza (wg Thompsona i Thompson -

modyfikacja).

Drugi podział mejotyczny

Bezpośrednio po I podziale mejotycznym, to znaczy bez interfazy i

bez syntezy (replikacji) DNA, następuje drugi podział mejotyczny,

którego mechanizm i przebieg jest taki sam jak w mitozie.

W profazie II podziału mejotycznego chromosomy ujawniają się jako

złożone z dwóch chromatyd. W metafazie chromosomy ustawiają się w

płaszezyźnie równikowej. a w anafazie chromatydy każdego z

chromosomów rozłączają się i rozchodzą do przeciwległych biegunów

komórki. Po podziale jądra następuje podział cytoplazmy.

3 - Zarys genetyki

W wyniku mejozy otrzymujemy w sperznatogenezie cztery spermatydy,

a w oogenezie jedno jajo i trzy ciałka kierunkowe.

Dwa podziały mejotyczne są często nazywane podziałami redukcyjnymi.

Po- dział pierwszy redukuje do połowy liczbę chromosomów w komórce,

podział drugi redukuje do połowy liczbę chromatyd; oba zmniejszają

ilość DNA.

Genetyczne znaezenie mejozy

Podczas mejozy komórki płciowe przekształcają się w gamety, które

mają połowę chromosomów oraz połowę informacji genetycznej komórki

somatycznej danego gatunku. Połączenie się gamet w zygotę daje w

wyniku powrót do właściwej dla danego gatunku liczby chromosomów.

Crossing-over zachodzące w profazie 1 podziału mejotycznego polega

na wymianie odcinków pomiędzy homologicznymi chromosomami. W wyniku

cros

A A a a A A a a A A a aB B b b B B b b B B b b C C c c C C c c C C

c c D d D d D d D d D d D d

Ryc. 6. Schemat crossing-over: a - pojedyncze crossing-over, b

--podwójne crossing-over, c - kilkakrotne crossing-over (wg

Suttona).

Ryc. 7. Prawidłowy przebieg mejozy. Chromosomy spermatocytu w

diakinezie I podziału mejotyczego. Poszczególne homologiczne

chromosomy tworzą biwalenty. Widoczne 23 biwalenty. Biwalent

płciowy XY (zaznaczony strzałką) w odróżnieniu od biwalentów

autosomalnych wykazuje połączenie "koniec z końcem".

sing-over każdy z chromosomów ma część informacji genetyeznej

każdego z homologicznych chromosomów, a więc pochodzących od ojca

i matki. Ponieważ w anafazie I podziału mejotycznego do każdego z

biegunów przechodzą centromery (chromosomy) pochodzące bądź od

ojca, bądź od matki, informacja genetyczna komórek potomnych jest

mieszaniną informacji genetycznych zawartych pierwotnie w

poszczególnych chromosomach pochodzących od obojga rodziców.

Tak więc zarówno crossing-over, jak i losowe rozejście się

homologicznych chromosomów do biegunów umożliwia wymieszanie się

informacji genetycznej ojca i matki. Powoduje to, że każdy plemnik

i każda komórka jajowa są cdmienne i że żadna nie jest kopią

informacji genetycznej komórki płciowej, z której powstała. Daje to

ogromną zmienność genotypów i powstawanie niepowtarzalnych

kombinacji genetycznych w każdej gamecie, a co za tym idzie w

zygocie, w następstwie zaś rozwój osobnika o niepowtarzalnym,

właściwym tylko jemu genotypie.

PORbWNANIE MITOZY I MEJOZY

Przekazywanie informacji genetycznej komórkom potomnym odbywa się

zarówno w czasie mitozy, jak i mejozy. Te dwa procesy różnią się

jednak zasadniczo co do funkcji genetycznej, jaką spełniają.

W czasie mitozy komórki potomne otrzymują identyczną informację

genetyczną jak komórka macierzysta, istotą bowiem tego procesu jest

powstanie komórek identycznych w stosunku do komórki macierzystej

(ryc. 3).

W wyniku mejozy powstają natomiast gamety o zredukowanej do połowy

liczbie chromosomów i cztery razy mniejszej ilości DNA w stosunku

do spermatocytów lub oocytów I rzędu. Ich informacja genetyczna

jest odmienna od tej, jaką zawierała komórka macierzysta (ryc. 8),

i z chwilą połączenia się z informacją genetyczną gamety płci

odmiennej powstaje całkowicie nowa, niepowtarzalna informacja

genetyczna nowego osobnika.

5 G2 M

AB G, 1

r 6 ab

AB 6,

ab 62 i 5 Gz M, Mz

Ab 6,z Ab 6 A B

6,iz Ab aB 6zii a B 6z a b

6z,i

; aB 6"" c,B

Ryc. 8. Schematyczne porównanie podziału mitotycznego i

mejotycznego, na przykładzie pary chromosomów nr 6 oraz alleli A,

a i B, b. Rekombinacja chromatyd w wyniku utworzenia chiazm w

przebiegu pierwszego podziału mejotycznego, zaznaczona dwiema

liniami kropkowanymi. V wyniku mitozy powstają dwie komórki potomne

- o identycznym genotypie, w wyniku mejozy - cztery komórki potomne

o odmiennych genotypach. G1 - faza pomitotyczna albo

przedsyntetyczna, Sfaza syntezy DNA, GQ - faza posyntetyczna albo

przedmitotyczna, M - mitoza, M1 - pierwszy podział mejotyczny, M -

drugi podział mejotyczny.

CHEMICZNY SKŁAD CHIZOMOSOMÓW I IOLA DNA

Chromosomy pod względem chemicznym składają się z dwóch

zasadniczych substancji: kwasu dezoksyrybonukleinowego (DNA) oraz

histonu (białko). Te dwie substancje, występujące mniej więcej w

tej samej ilości, tworzą ok. 90/o suchej masy chromosomów.

Pozostałe 10% to kwas rybonukleinowy (RNA) oraz białka

niehistonowe.

T a b e 1 a 5. Skład kwasów nukleinowych - RNA i DNA

Cytoplazma kwas

rybonukleinowy (RNA) Pentoza D-ryboza

Pirymidyny cytozyna, uracyl Puryny adenina, guanina

Jądro

kwas

dezoksyrybonukleinowy (DNA) D-dezoksyryboza cytozyna, tymina

ł4 A

FPFPF F I I I I I A G T C C II II II II II T C A G G I I I I I

PFPFPFP - PF

A T T- A T---A

C G C CG AGACTC G AGACTC C A G A C T C G A G A T C T G A G C T C T

G A G C

ł ł T CT GAGC T CT CG

T AGACTCGAGACTCG C T CT GA G C T CT GA G C

Ryc. 9. a - model DNA zaproponowany przez Watsona i Cricka,

skladający się 2 dwóch helis; b - schematyczne przedstawienie

tańcucha DNA składającego się z dwóch pasm, których zasadniczy

szkielet stanowi pentoza (P) oraz fosforan (F), natomiast adenina

i tymina oraz cytozyna i guanina leżą pomiędzy tymi pasmami; c -

cząsteczka DNA oraz jej replikacja przedstawiona w dolnej części

ryciny. Z wraca uwagę ułożenie adeniny naprzeciw tyminy oraz

guaniny naprzeciw cytozyny. W wyniku replikacji powstają dwa

identyczne tańcuchy DNA; d - schematyczne przedstawienie replikacji

DNA.

Kwas dezoksyrybonukleinowy (DNA) i kwas rybonukleinowy (RNA) są

złożone z nukleotydów, które w wyniku hydrolizy rozpadają się na

zasadę azotową (pirymidynę - cytozynę lub uracyl albo purynę) -

adeninę lub guaninę, cukier (pentozę) i kwas fosforowy. Nukleotydy

są więc estrami fosforanowymi N-glikozydów zasad azotowych.

Stwierdzano występowanie czterech zasad azotowych i dlatego sądzono

dawniej, że cztery nukleotydy tworzą jedną cząsteczkę kwasu

nukleinowego. Obecnie wiadomo, że jedna cząsteczka kwasu

nukleinowego zawiera wiele nukleotydów, a istnienie sekwencji

(kolejności) nukleotydów w łańcuchu DNA stwarza możliwość powstania

praktycznie nieograniczonej zmiennośći w budowie DNA.

RNA, podobnie jak DNA, zbudowany jest z nukleotydów. Różnica między

obu kwasami polega na radzaju pentozy wchodzącej w skład

nukleotydów - w RNA jest to ryboza, a w DNA dezoksyryboza; ponadto

w RNA zamiast tyminy występuje uracyl (tab. 5). RNA składa się z

jednego łańcucha, natomiast DNA - z dwóch.

Watson i Crick (1953) wykazali, że cząsteczka DNA jest zbudowana z

dwu łańcuchów polinukleotydowych owiniętych wokół wspólnej osi i

tworzących podwójną spiralę. Spirala ta jest utrzymywana wiązaniami

wodorowymi pomiędzy zasadami obu pasm. Wiązania te występują

jedynie między adeniną (A) a tyminą (T) oraz guaniną (G) i cytozyną

warunkuje komplementarność sekwencji nukleotydów w łańcuchach DNA

tworzących podwójną spiralę.

Liczne spostrzeżenia i badania doświadczalne wykazały, że DNA jest

substancją, w której jest zakodowana informacja genetyczna. DNA

występuje prawie wyłącznie w jądrze, a ilość DNA w każdej komórce

diploidalnej w obrębie tego samego gatunku jest stała. W komórkach

haploidalnych ilość ta ulega redukcji do połowy.

DNA jest obecny w każdym żywym organizmie z wyjątkiem niektórych

wirusów (u wirusów tych stwierdza się obecność RNA i w nim zapisana

jest informacja genetyczna). DNA jako przenośnik informacji

genetycznej ma dwie zasadnicze funkcje. Po pierwsze w jego budowie

zakodowany jest zapis genetyczny określający syntezę specyficznych

białek, a po drugie ma on zdolność samopowielania, czyli

odtwazzania podczas syntezy swych wiernych kopii, co znajduje

odzwierciedlenie w replikacji chromosomów. Zdolność do replikacji,

którą ma DNA, jest podstawową cechą materii ożywionej.

Chemiczna replikacja materiału chromosomowego oraz fizyczne

rozdzielenie się dwóch chromosomów potomnych stanowią dwa odrębne

procesy. Replikacja dokonuje się w czasie interfazy - w wyniku

syntezy DNA, natomiast rozdzielenie się chr4mosomów potomnych

zachodzi w czasie podziału komórki.

ItEALIZACJA INFOftMACJl GENETYCZNEJ

Przez pojęcie informacji genetycznej rozumiemy swoisty zapis cech

dżiedzicznych ustroju w budowie chemicznej cząsteczki, która jest

podłożem zjawisk dziedziczności. Liczne badania wykaały, że

istnieje podstawowy związek pomiędży metabolizmem a

dziedzicznością. Swoiste, dziedzicznie przekazywane cechy

metabolizmu zależą od białek o właściwściach enzymatycznych.

Funkcja biologiczna tych białek zależy od swoistej i

niepowtarzalnej sekwencji wchodzących w ich skład aminokwasów.

Związek hemiczny, w którym byłaby "zakodowana" informacja o

sekwencji aminokwasów w białkach, byłby więc nośnikiem cech

dziedzicznych rganizmu.

T a b e 1 a 6. Hod genetyczny. Trójki nukleotydów mRNA

odpowiadające poszcze- gólnym aminokwasom

Litera w pozycji Druga pozycja

Trzecia pierwszej U G pozycja

U Fen Ser Tyr Cys U

Fen Ser Tyr Cys C

Leu Ser stop stop A

Leu Ser stop Try G

C Leu Pro His Arg U

Leu Pro His Arg C

Leu Pro Gln Arg A

Leu Pro Gln Arg

A Ile Tre Asn Ser U

Ile Tre Asn Ser C

Ile Tre Liz Arg A

Met* Tre Liz Arg

G Wal Ala Asp Gli U

Wal Aln Asp Gli C

Wal Ala Glu Gli A

Wal Ala Glu Gli G

Skróty aminokwasów:

Ala - alanina Glu - kwas glutaminowy Arg - arginina Gli - glicyna

Asn - asparagina His - histydyna Asp - kwas asparaginowy Ile -

izoleucyna Cys - cysteina Leu - leucyna Fen - fenyloalanina Lys -

lizyna

Gln - glutamina Met - metionina

Pro - prolina Ser - seryna Thr - treonina Try - tryptofan Tyr -

tyrozyna

Wal - walina

stop - przerwanie syntezy łańcucha

*AUG - rozpoczęcie syntezy

Skrbty nukleotydów zawierających: A - adeninę, C - cytozynę, G -

guaninę, Uuracyl.

Badania doświadczalne wykazały, że funkcję taką spełnia właśnie

DNA. Cztery rodzaje nukleotydów stanowią znaki kodu genetycznego.

Trzy przylegające do siebie nukleotydy tworzą podstawową jednostkę

kodu - tzw. kodon, którego informacja przekazana na kodon mRNA

(tab. 6) powoduje włączenie określonego aminokwasu w określone

miejsee łańcucha polipeptydowego.

Wiele aminokwasów kodowanych jest przez więcej niż jeden kodon.

Okre= ślamy to niezbyt fortunnie, mówiąc, że kod genetyczny jest

"zdegenerowany". Tak na przykład fenyloalanina kodowana jest

zarówno przez UUU, jak i przez UUC, a kodonami dla seryny są UCU,

UCC, UCA, UCG, AGU i AGC. Istniejące obecnie dane wskazują, że

kiedy dwa pierwsze nukleotydy są identyczne, a trzecim jest uracyl

lub cytozyna, to w obydwu przypadkach kodowany jest ten sam

aminokwas. Często również adenina i guanina mogą być tak samo

zamienione. Zjawisko.,degeneracji" nie ogranicza się jednak tylko

do równoważności nukleotydów występujących na trzecim miejscu.

Wydaje się np., że leucyna może być kodowana zarówno przez UUA i

UUG, jak i przez CUU, CUC, CUA i CUG.

"Degeneracja" kodu, a zwłaszcza wystgpująca często na trzecim

miejscu równoważność cytozyny i uracylu oraz guaniny i adeniny,

pozwala zrozumieć fakt, że różna częstość ich występowania,

stwierdzana u odmiennych orga

nizmów, nie powoduje większych zmian w składzie aminokwasowym

białek. Z kolei zaś analiza swoistych białek nie wykazała korelacji

między składem aminokwasów a miejscem danego organizmu na drabinie

ewolucyjnej.

Funkeję przenośnika informacji genetycznej spełnia tzw.

informacyjny kwas rybonukleinowy, syntetyzowany na matrycy DNA i

dzięki temu komplementarny w składzie zasad do transkrybowanej nici

DNA. Informacyjny kwas rybonukleinowy, zwany również matrycowym RNA

(ang.: messenger - posłańcowy RNA - mRNA), przenosi więc informację

genetyczną z DNA jądra komórkowego do cytoplazmy (ryc. 10).

Ryc. 10. Schematyczne przedstawienie transkrypcji (przepisania)

informacji genetycznej na nić mRNA, a następnie translacji

(przetłumaczenia) jej na sekwencję aminokwasów w procesie tworzenia

białka.

Poza mRNA w syntezie biorą udział dwie inne frakcje kwasu

rybonukleinowego : przenośnikowy (ang. : transfer RNA - tRNA) oraz

rybosomalny RNA (rRNA).

Gdy zaczyna się aktywacja genu, wówczas dwa łańcuchy DNA

rozdzielają się. Jeden z nich służy jako matryca, na której zaczyna

syntetyzować się nić mRNA, która jest komplementarna (dopełniająca)

w stosunku do przepisywanej nici DNA. Informacja strukturalna

zawarta w DNA zostaje przepisana na nić mRNA; nazywamy to

transkrypcją (ryc. 10). Następnie z jądra komórki mRNA przechodzi

do cytoplazmy, gdzie łączy się z rybosomami, tworząc tzw. polisomy,

które są miejscem syntezy białka.

W cytoplazmie znajdują się wolne aminokwasy; stwierdzono istnienie

20 różnych aminokwasów. Aminokwasy ulegają aktywacji i tworzą

przejściowy związek z przenośnikowym RNA (tRNA). Rola tRNA polega

na związaniu określonego wolnego aminokwasu (stąd tyle rodzajów

tRNA, ile rodzajów aminokwasów w białkach) i przeniesieniu tego

aminokwasu na odpowiednie miejsce na matrycy mRNA - przy czym

odbywa się to od odcinka 5' do odcinka 3' (określanych tak zależnie

od tego, czy reszta kwasu fosforowego w nukleotydach jest związana

z pentozą w pozycji C5 czy C3). Nazywamy to translacją, tzn.

przekładem informacji genetycznej z sekwencji zasad purynowych i

pirymidynowych na sekwencję aminokwasów. Ułożone obok siebie

ů'w odpowiedniej sekwencji aminokwasy łączą się między sobą, dając

w wyniku eząsteczkę speeyficznego białka, w którym sekwencja

aminokwasów jest określona przez mRNA, a pośrednio przez DNA jądra

komórkowego (ryc. 11).

Przeważająca większość genów składa się z segmentów kodujących

określone aminokwasy - nazywanych egzonami, oraz z segmentów nie

kodujących aminokwasów - nazywanych sekwencjami interweniującymi

lub intronami (INT). Funkcja intronów nie jest jeszcze poznana.

Pierwotny mRNA, podobie jak DNA, zawiera introny, jednak przed

przejściem z jądra do eytoplazmy, mRNA ulega modyfikacji - przez

dodanie w miejscu 5 tzw. struktury ,CAP oraz w miejscu 3 reszt

kwasu adenilowego (AAAA) (ryc. 12).

Egzony

5' 3' NT NT

- fny mRNA

5' 3' 'átona jqdrowa CAP AAAA

Ryc. 12. Przejście mRNA z jądr CAP AAAA do cytoplazmy i jego

modyfikacja (wg Connora i Ferguson'Otuterzny m RNA CAP AAAA

-Smitha).

O ile regulacja syntezy białek została dobrze pznana u bakterii, u

których wyodrębniono geny strukturalne i regulujące, o tyle u

wyższych organizmów proces ten nie jest do tej pory wyjaśniony.

Wiadomo jedynie, że geny strukturalne wyznaczające budowę

polipeptydów tworzących określone białko są zazwyczaj zlokalizowane

obok siebie, lecz nie jest to regułą.

lVfUTACJE

Proees replikacji DNA, zapewniający identyczną informację komórkom

potomnym, jest zwykle absolutnie dokładny, lecz niekiedy może

zdarzyć się błąd - nazywany mutacją (tab. 7). Mutacja taka jest

następnie powtarzana w czasie kolejnych replikacji danego łańcucha

DNA. Trzy podstawowe typy mutacji to: mutacja punktowa, insercja

(wstawienie), delecja (ubytek).

O mutacji punktowej mówimy wówczas, gdy następuje zmiana jednej

zasady azotowej na inną zasadę azotową. W wyniku - mogą nastąpić

dwa rodzaj e mutacj i :

1. Mutacja zmiany sensu występuje, gdy jeden kodon oznaczający

aminokwas zostanie zamieniony na drugi kodon, również oznaczający

jakiś aminokwas. Mogą tu zachodzić dwie możliwości: albo powstały

w wyniku mutacji nowy kodon jest synonimowy z kodonem przed mutacją

i wtedy w składzie aminokwasowym polipeptydu nie zajdzie żadna

zmiana, albo też kodon powstający w wyniku mutacji oznacza odrębny

aminokwas i wtedy w polipeptydzie następuje w określonym miejscu

substytucja aminokwasowa.

2. Mutacja typu nonsens, gdy kodon sensowny oznaczający jakiś

aminokwas zostanie zamieniony na jeden z kodonów nonsensownych

(terminacyjnych)nie oznaczających żadnego aminokwasu, a

stanowiących sygnał zakończenia translacji. Wtedy zamiast

polipeptydu kodowanego przez dany gen powstaje krótszy, w

zależności od miejsca mutacji, fragment polipeptydu.

T a b e 1 a 7. Przykłady mutacji DNA (wg Connora i Ferguson-Smitha)

Kodony DNA Aminokwasy Komentarz

CAA TTC CGA CGA wal-lys-ala-ala Normalna sekwencja

CAA TTT CGA CGA wal-lys-ala-ala Mutacja punktowa bez

zamiany aminokwasu

CAA CTC CGA CGA wal-glu-ala-ala Mutacja punktowa ze

zmianą aminokwasu

CAA ATC CGA CGA wal-stop Mutacja punktowa

z przedwczesnym stop

CAA-TCC GAC GA wal-arg-leu Delecja z zamianą fazy

odczytu

Natomiast insercja lub delecja dotyczy wstawienia lub ubytku,

większej liczby zasad azotowych w DNA danego genu. Powoduje ona

mutację zmiany fazy odczytu (ang. frame shift mutation), gdy na

skutek delecji lub insercji pary, czy też większej ilości par

nukleotydów (ale nie 3 lub wielokrotności 3), następuje niezgodne

z pierwotną fazą.odczytywanie kodonów w procesie translacji.

Natomiast na skutek delecji lub insereji 3 lub wielokrotności 3 par

nukleotydów następuje ubytek lub włączenie nowych aminokwa.sów w

powstający łańcuch polipeptydawy.

To, czy mutacja genetyczna wystąpi w komórkach płciowych, czy w

komórkach somatycznych, ma zasadnicze znaczenie. Jeśli bowiem

mutacja genetyczna wystąpi w gamecie, to gdy zmutowany gen jest

typu dominującego i związany jest z określoną chorobą genetyczną -

wywoła on jej powslanie. Mutacja występująca w gamecie, zarówno

dominująca, jak i recesywna, może być przekazywana również

następnym pokoleniom. Natomiast mutacja somatyczna dotyczy jedynie

osobnika, u którego powstała i nie jest przekazywana genetycznie.

STRUKTURA CHROMATYNY

Najważniejszym składnikiem chromatyny jest DNA. Gdy kod genetyczny

został rozszyfrowany, naukowcy byli zdziwieni ogromną ilością DNA,

jaką zawiera komórka eukariotyczna. Obliczono w przybliżeniu, że

ilość DNA znajdującego się w komórce ludzkiej może zakodować od 6

do 7 milionów genów. Dalsze badania wykazały jednak, że obok DNA,

którego zapis zostaje ostatecznie przetłumaczony na sekwencję

określonych aminokwasów tworzących białko - nazywanego DNA

unikatowym, istnieje również DNA, który nie ma tej właściwości i

którego rola nie jest jeszcze poznana, określany jako DNA

powtarzalny.

DNA unikatowy tworzy tzw. euchromatynę, która może ulegać

całkowitej dekondensacji, gdyż luźny jej stan jest jednym z

warunków koniecznych do procesu transkrypcji. Euchromatyna

uwidacznia się jako odcinki słabo zabarwione w czasie badania na

prążki G (oraz mocno zabarwione w czasie badania na prążki R).

Gzęść DNA to euchromatyna, pazostała część tworzy heterochromatynę

wykazującą silną barwliwość. Heterochromatynę dzielimy na

fakultatywnąjest to chromatyna o dużym stopniu kondensacji, która

uwidacznia się np. jako chromatyna płciowa X, oraz na

konstytucyjną, która chociaż nie charakteryzuje się tak dużym

stopniem kondensacji jak chromatyna fakultatywna,

-nie ulega jednak dekondensacji jak euchromatyna.

PODSUMOWANIE

Zespół wszystkich genów organizmu, czyli pełny zakres jego

informacji genetycznej, nazywamy genotypem. Fenotyp natomiast jest

to zespół morfologicznych, czynnościowych i psychicznych

właściwości organizmu. Ponieważ fenotyp jest zdeterminowany

genetycznie, na jego podstawie można wnioskować o genotypie

osobnika. Brak jednak prostej zależności między genotypem a

fenotypem, m.in. dlatego, że wskutek działania mechanizmów

regulujących tylko mała część informacji genetycznej ujawnia się w

fenotypie osobnika.

Informacja genetyczna zapisana jest w postaci sekwencji nukleotydów

cząsteczek DNA wchodzących w skład chromosomów. Informaeja zawarta

w cząsteczkach DNA zostaje przekazana na kwas rybonukleinowy

(mRNA), spełniający funkcję matrycy, na której powstają łańcuchy

polipeptydowe białek.

Przekazywanie informacji genetycznej komórkom potomnym odbywa się

zarówno w czasie mitozy, jak i mejozy. Te dwa procesy różnią się

jednak zasadniczo co do funkcji genetycznej, jaką spełniają.

III. Chromosomy człowieka i ich aberracje

Krzysztof Boczkowski

Termin "chromosomy" został wprowadzony przez W. Waldeyera w 1888 r

w związku z ich zdolnością zabarwiania się barwnikami. Już na

przełomie XIX i XX wieku zdobyczą nauk biologicznych było wiele

istotnych odkryć dotyczących budowy chromosomów oraz ich roli w

przekazywaniu cech dziedzicznych. Dopiero jednak dokonany w ciągu

ostatnich 30 lat postęp w zakresie technik cytogenetycznych

umożliwił łatwe i pewne określenie ich liczby, kształtu i budowy.

LICZBA I KSZTAŁT CHROMOSOMÓW

W 1956 r. Tijo i Levan, badając chromosomy mitotyczne w stadium

metafazy, wykazali bezspornie, że liczba chromosomów u człowieka

wynosi 46. Badania te, wykonane na komórkach somatycznych, w tym

samym roku zostały potwierdzone przez Forda i Hamertona badaniem

chromosomów mejotycznych. Każdy gatunek roślin i zwierząt ma stałą

i charakterystyczną dla siebie liczbę chromosomów, która jest

jednakowa u wszystkich normalnych osobników danego gatunku; np.

człowiek ma 46, koń 64, a osioł 62 chromosomy. Niekiedy zdarza się,

że w części komórek osobnika występuje nieprawidłowa liczba

chromosomów. Powstaje wtedy mozaika chromosomalna, tzn. stan. w

którym w organizmie występują dwie lub kilka linii komórkowych, z

których każda ma inną liczbę chromosomów. W ten sposób w jednym

organizmie, w obrębie jednej lub też kilku tkanek, stwierdzamy np.

45, 46 i 47 chromosomów; niekiedy w jednej tkance, np. w skórze,

występuje 45 chromosomów, a w innej, np. we krwi, 47 chromosomów.

KSZTAŁT CHROMOS OMbW

Ogólny schemat budowy chromosomu ludzkiego przedstawia rycina 13.

Kształt chromosomu określa się zwykle przez podanie, w jakiej

pozycji znajduje się centromer, który dzieli chromatydy na dwa

odcinki, zwane ramionami. Odcinki te w zależności od ich długości

naz,ywa się ramionami krótkimi albo długimi. Tak więc zarówno

ramiona krótkie, jak i długie składają się z leżących naprzeciw

siebie odcin.ków obu chromatyd. Chromosom, w którym centromer

znajduje się w polożeniu środkowym, nazywa się metacentrycznym,

jeżeli natomiast centromer znajduje się nie w środku, lecz bl:sko

nieg#. to chromosom taki nazywamy chromosomem submetacentrycznym

(ryc. 13). Chromosom z centromerem położonym blisko końca nazywamy

akrocentrycznym,

Ramiona Ramiona Ryc. 13. Różne kształty chromokrótkie krótkie

somów: metacentryczny, submetacentryczny, akrocentryczny. Strzałka

przerywana wskazuje pozycję centromeru. Ramiona Ramiona dTugie

dTugie

Metacentryczny Submeta - Akrocentryczny

centryczny

jeżeli natomiast centromer znajduje się na samym końcu chromosomu,

nazywamy go telocentrycznym. Wśród chromosomów człowieka można

wyróżnić kształty metacentryczne, submetacentryczne i

akrocentryczne, natomiast w prawidłowym garniturze ehromosomalnym

człowieka brak jest chromosomów telocentrycznych. Pozycja

centromeru w chromosomie może być wyrażona jako wartość liczbowa,

którą stanowi stosunek (czyli iloraz) długości ramion długich do

krótkich. Stosunek ten jest większy od 1 w chromosomach

akrocentrycznych i submetacentrycznych, natomiast w chromosomach

metacentrycznych będzie on wynosił 1. Długość chromosomu wyrażamy

jako odsetek łącznej długości wszystkich chromosomów garnituru

haploidalnego z chromosomem X. Na końcach ramion krótkich

chromosomów akrocentrycznych mogą występować tzw. satelity.

Satelity są małymi fragmentami chromosomu, oddzielonymi od reszty

przez nie barwiący aię odcinek, który nazywa się przewężeniem

wtórnym.

PRAWIDŁOWY KARIOTYP CZŁOWIEKA

Chromosomy człowieka klasyfikujemy zgodnie z zasadami opracowanymi

przez międzynarodowe konferencje - w Denver w 1960 r., w Londynie

w 1963 r., w Chicago w 1966 r., w Paryżu w 1971 r. oraz Sztokholmie

w 1977 r. Konferencje te zostały zwołane w celu opracowania zasad

klasyfikacji chromosomów. Jako kryteria przyjęto względną wielkość

chromosomów w stosunku do innych chromosomów z tej samej komórki

oraz ich kształt zależny od położenia centromeru. Poszczególne pary

autosomów (chromosomów somatycznych) oznaczono numerami od 1 do 22

i podzielono na 7 grup - od A do G (ryc. 14). Grupa A (nr 1 - 3) :

duże, prawie metacentryczne. Grupa B (nr 4 - 5) : duże,

submetacentryczne. Grupa C (nr 6 - 12): średniej wielkości,

submetacentryezne. Grupa D (nr 13 - 15): średniej wielknści,

akrocentryczne. Grupa E (nr 16 - 18): średniej wielkości, prawie

metacentryczne (nr 16) oraz małe submetacentryczne (nr 17 - 18).

Grupa F (nr 19 - 20): małe, prawie metacentryczne. Grupa G (nr 21 -

22): małe, akrocentryczne. Wszystkie wymienione powyżej

chromosomy, oznaczone liczbami arabskimi, nazywamy autosomami.

Chromosomy płciowe oznaczono symbolami X i Y.

Grupa A. Chromosomy nr I - 3. Trzy pary tej grupy są łatwe do

odróżnienia.. Para 1 jest największą parą w garniturze

chromosomalnym. Ma ońa często wtórnF, przewężenie w okolicy

centromeru. Para pierwsza jest prawie metacentryczna. Para 2

bardziej submetacentryczna, natomiast para 3, podobnie jak para 1,

równieżprawie metacentryczna. Grupa B. Chromosomy nr 4 - 5. Dwie

pary dają się łatwo odróżniE od pozostałych chromosomćw na

podstawie swej wielkości oraz charakterystycznego położenia

submetacentrycznego. Jednak odróżnienie tych dwóch par od siebie

jest w większości komórek praktycznie niemożliwe bez użycia metod

prążkowych. Niekiedy spotyka się komórki, w których jedna z par,

tzn. 5, jest wyraźnie mniejsza. Grupa C. Chrog-nosomy nr 6 - 12

oraz chromosom x. Najtrudniejsze do ułożenia w pary i ponumerowania

są chromosomy z grupy C; właściwe ich ułożenie wymaga zastosowania

metod prążkowych. Na Konferencji Londyńskiej przyjęto, że zależnie

od wielkośc„, cztery najbardziej metacentryczne pary chromosomów w

tej grupie powinny mieE numery 6, 7, 8 oraz 11. Na konferencji w

Denver przyjęto, że chromosom X jest najbardziej podobny do pary 6.

Należy jednak zaznaczyE, że badania autoradiograficzne Bishop i

wsp. (1965), jak również obserwacje innych badaczy, wykazały, że

wielkość ehromosomu X jest bardzo zmienna i niekiedy odpowiada on

wielkością parze 6 niekiedy natomiast nawet parze I1. Ogólnie

przyjmuje się, że oba chromosomy X są naj= bardziej metacentryczne

w grupie C. Grupa D. Chromosomy nr 13 - 15. Są to duże

akrocentryczne chromosomy. Para 13 jest największa, natomiast para

15 najmniejsza w tej grupie: Chromosomy tej grupy mają satelity na

końcu ramion krótkich. Grupa E. Chromosomy nr 16 - I8. Para 16 jest

łatwa do odróżnienia na podstawie swojej prawie metacentrycznej

budowy. Często stwierdza się duże różnice w wielkości

homologicznych chromosomów pary 16.

Ryc. 14. Kariotyp żeński 46,XX; prążki G.

Yary 17 - 18 są submetacentryczne i odróżnienie ich od siebie jest

możłiwe #prawie wyłącznie na podstawie metod prążkowych. Grupa F.

Chromosomy nr 19 - 20. Są to małe, metacentryczne chromosomy.

Odróżnienie poszczególnych par jest prawie niemożłiwe bez

zastosowania metod . prążkowych. Grupa G. Chromosomy nr 21 - 22. Są

to małe, akrocentryczne chromosomy. Posiadają one satełity.

Podobnie jak ehromosomy grupy D, chromosomy grupy G w stadium

metafazy często leżą obok siebie oraz obok chromosomów grupy D, jak

gdyby połączone satełitami. Chromosomy 21 są mniejsze niż

chromosomy nr 22. Chromosom płciowy Y. Chromosom Y jest małym,

akrocentrycznym chromosomem, podobnym do autosombw z grupy 21 - 22.

Morfologicznie może on różniE się od chromosomów z grupy 21 - 22

pod względem wielu cech. Jest on zwykle dłuższy niż chromosomy z

grupy 21 - 22. W odróżnieniu od chromosomów z grupy 21 - 22 nie ma

on satelitów. Jego ramiona krótkie są zwykle krótsze niż w grupie

21 - 22 i nie mają przewężeń. Jego ramiona długie, zarówno w

hodowlach z kolchicyną, jak i bez kolchicyny, wykazują

charakterystyczne ułożenie równoległe, w odróżnieniu od chromosomów

z grupy 21 - 22, których ramiona długie są rozsunięte pod kątem.

CzęśE dystalna ramion długich w badaniu pod mikroskopem

fluorescencyjnym wykazuje wyraźną fluorescencję.

Kariogramem nazywamy zestaw (narysowanych lub sfotografowanych)

wszystkich chromosomów jednej dowolnie wybranej komórki,

uszeregowanych według umownych zasad, np. zależnie od długości,

polożenia centromeru i innych. Kariogramy wykonane z losowo

wybranych komórek mogą różnić się między sobą na skutek istnienia

artefaktów (zgubienia chromosomu), mozaicyzmu itp. Z tych względów

chcąc określić kariogram występujący najczęściej i typowy dla

danego osobnika, należy wykonać zawsze kilka kariogramów. Kariogram

typowy i reprezentatywny dla danego osobnika nazywamy kariotypem.

W przypadku mozaiki chromosomalnej kariotypem nazywamy dwa lub

kilka kariogramów reprezentujących typowe populacje komórek jednego

osobnika. Kariotyp reprezentuje całośe obrazu chromosomalnego

danego osobnika lub nawet gatuńku. Termin idiogram używa się

jedynie do wykresu kariotypu opartego na pomiarach chromosomów z

kilku lub dużej liczby komórek.

ABERRACJE CHROMOSOMÓW I ICH POWSTAWANIE

Zmiany genetyczne w komórce mogą dotyczyć jedynie pojedynczego genu

lub też grupy genów (odcinka chromosomu), jak również całego

chromosomu lub kilku chromosomów. Anomalie chromosomalne nazywamy

zwykle aberracjami chromosomalnymi. Dzielimy je na strukturalne i

liczbowe. Do najlepiej poznanych czynników powodujących aberraeje

chromosomalne należy promieniowanie jonizujące oraz wiele

substancji chemicznych, zwlaszcza tych, które wywierają również

dzialanie cytostatyczne. Punktem wyjścia w powstaniu aberracji

strukturalnych jest żazwyczaj przerwanie ciaglości jednego lub

kilku chromosomów, nazywane również złamaniem chromosomu. Ułamany

fragment chromosomu może być wyeliminowany z komórki w czasie jej

podziału albo polączyć się z chromosomem macierzystym czy z innyni.

Tak więc w wyniku złamania chromosomu może nastąpić: calkowita

utrata ułamanej części (delecja), przestawienie odcinków chromo

somu (inwersja), przemieszczenie odcinka chromosomu do innego

chromosomu (translokacja) i inne. W wyniku działania czynników

szkodliwych mogą powstać również inne zmiany strukturalne, jak:

pęknięcia chromatyd, widoczne w postaci pustej przestrzeni między

dwoma odcinkami chromosomów, połączenie się siostrzanych chromatyd,

chromosom kolisty, chromosom z dwoma centromerami (chromosom

dicentryczny), który zawiera dwa centromery w wyniku skrzyżowania

się chromatyd itp. Aberracje liczbowe powstają zwykle w wyniku

nie;prawidłowego podziału komórkowego. Występowanie anomal

liczbowych i strukturalnych chromosomów prowadzi do powstania

nieprawidłowej informacji genetycznej w wyniku niewłaściwej liczby

genów, nieprawidłowego ich ułożenia lub dysproporcji między liczbą

poszczególnych genów.

ABERRACJE STRUKTURALNE

Aberracje strukturalne polegają na ńieprawidłowej budowie

chromosomu. Aberracje liczbowe, podobnie jak aberracje

strukturalne, mogą powstać w każdym okresie życia komórki. Jednak

największe prawdopodobieństwo ich wystąpienia istnieje w okresie

podziału komórki, gdy chromosomy potomne przechodzą do nowo

powstających komórek. Bardzo drobne aberracje strukturalne nie są

możliwe do uchwycenia przy obecnej technice badania

cytogenetycznego, nawet przy użyciu technik prążkowych. Poniżej

zostaną omówione najczęściej spotykane aberracje strukturalne.

Powstają one przeważnie w wyniku przerwania ciągłości chromosomu,

a więc odłamania się odcinka chromosomu. Taki odłamany odcinek może

połączyć się ponownie z tym samym lub innym chromosomem, co

powoduje powstanie inwersji, translokacji lub duplikacji. Odłamany

odcinek może również zostać całkowicie utracony przez komórkę.

Inwersja

Jeżeli nastąpi odwrócenie jakiegoś odcinka chromosomu, tak że geny

leżą na nim w porządku odwrotnym, niż to było pierwotnie, nazywamy

to inwersją (ryc. 15). Chociaż w takim chromosomie znajduje się ten

sam materiał gene

F D

g C G H

F D

B C G H

F D

C G H

Ryc. 15. Inwersja (paracentryczna). Podwójne złamanie chromosomu i

ponowne złączenie się odłamanej części, lecz w niewłaściwych

miejscaćh, spowodowało powstanie inwersji (w# Thompsona i

Thompson).

4 - Zarys genetyki

tyczny, działanie genów może być zmienione wskutek żch nowej

pozycji (efekt pozycji). Inwersja paracentryczna (acentryczna)

powstaje wtedy, gdy dwa punkty inwersji mieszczą się w obrębie

jednego ramienia chromosomu. Inwersja perycentryczna (eucentryczna)

powstaje wtedy, kiedy dwa punkty inwersji mieszczą się w różnych

ramionach chromosomu i odcinek, który uległ inwersji, zawiera

centromer.

Translokacja

Translokacją nazywamy przemieszczenie się fragmentu chromosomu w

inne miejsce tego samego chromosomu lub innego chromosomu, jak

również połączenie się dwóch chromosomów. Tak więc translokacja

jest wynikiem delecji części chromosomu i połączenia się ułamanej

części z tym samym lub z innym chromosomem (ryc. 16) lub

przemieszczenia się ż przyczepienia jednego chromosomu do drugiego.

Ryc. 16. Translokacja między dwome niehomo)ogicznymi chromosomami.

W wyniku jej powstat duży chromosom (zawierający prawie caly

materiat genetyczny) oraz bardzo mały chromosom (wg Suttona).

Możemy wyróżnić translokacje intrachromosomalne - wewnętrzne oraz

translokacje interchromosomalne - przeniesienle odcinka z jednego

chromosomu do drugiego (transpozycja), lub też wzajemną wymianę

odcinków między chromosomami (t. wymienna, t. wzajemna). Wymianę

odcinków między homologicznymi chromosomami określa się jako

siostrzaną, a między niehomologicznymi chromosomami - jako

zewnętrzną. Siostrzane transpozycje prowadzą do

intrachromosomalnych duplikacji w jednym z chromosomów

homologicznej pary, a jednocześnie do delecji translokowanego

odcinka w drugim z nich. Translokacja wzajemna (reciprocal

translocation) może być asymetryczna (aneucentryczna) lub

symetryczna (eucentryczna). W pierwszym wypadku powstaje jeden

chromosom dicentryczny i drugi acentryczny, a w drugim obydwa

translokowane chromosomy są monocentryczne. Translokacje całych

ramion polegają na tym, że całe (lub prawie całe) ramiona

chromosomów zostają przemieszczone Iub wymienione. Na skutek tego

procesu jeden chromosom akrocentryczny (A) i drugi chromosom

metacentryczny (B ů C) mogą ulec zmianie na jeden nowy chromosom

metacentryczny (A ů B) i drugi chromosom telocentryczny (C) lub z

dwóch chromosomów metacentrycznych (A ů B i C ů D) mogą powstać dwa

inne (A ů C i B ů D). Szczególne wypadki translokacji całych ramion

stanowią: połą

czenia centrycme (tzw. translohacje robertsonowshie), dysocjacje i

połączenia tandemowe. Najważniejsze z nich są połączenia

centryczne, powstające w wyniku połączenia się ramion długich dwóch

chromosomów akrocentrycznych, tworzących w ten sposbb jeden

chromosom metacentryczny lub submetaeentryczny, mający najezęściej

złączone z sobą dwa centromery (chromosom dicentryezny). Drobny

fragment, który nie został włączony do nowo powstałego chromosomu,

zawierający satelity obu chromosomów, lecz nie mający centromeru -

zostaje zwykle utracony przez komórkę w czasie jej podziału.

Odwrotny proces, podezas którego dwa chromosomy metaeentryczne

(jeden duży, a drugi mały) tworzą - w wyniku translokacji - dwa

chromosomy akrocentryczne, nazywamy dysocjacją.

Duplihacja

O duplikacji mówimy wówezas, gdy nastąpi translokacja fragmentu

jednego chromosomu do drugiego chromosomu homologicznego. Powoduje

to w rezultacie duplikację części informacji genetycznej, gdyż te

same geny występują dwukrotnie w jednym chromosomie. Istnieją

rbwnież inne mechanizmy powstawania duplikacji.

Delecja

Utratę części chromosomu nazywamy delecją. Ułamany fragment

chromosomu zostaje zwykle utracony w czasie podziału kombrkowego,

bo jeżeli nie ma eentromeru, to nie przyczepia się do niego w

czasie metafazy włókno wrzeciona kariokinetycznego. Tak więc

badaniem cytogenetycznym z reguły stwierdzamy jedynie chromosom z

delecją, a nie możemy stwierdziE odłamanego acentrycznego fragmentu

(ryc. 17).

C D A B

Ryc. 17. Delecja terminalna. Odłamany iragment - jako nie mający

centromeru - został całkowicie utracony przez komórkę.

Odcinki niektórych chromosombw wykazują szezególną łamliwość, np.

odcinki chromosomów: 2q13, 6p23, 9q32, 12q13, 20p11 oraz Xq27 (ryc.

18). Objawy kliniczne związane z łamliwością dotyczą jedynie Xq27,

gdyż - jak podają statystyki - do 10o/o mężezyzn przebywających w

zakładach dla umysłowo upośledzonych to chorzy z zespołem łamliwego

chromosomu X; spotyka się rbwnież umysłowo upośledzone kobiety -

nosicielki tej aberracji. Natomiast przyeentromerowe pęknięcie

ramion długich autosomu nr 2 jest ciekawe z tego względu, że

chromosom ten u ludzi powstał z połączenia dwdeh chromosombw

akroeentryeznych występujących u małp, jak goryle, szympansy=

orangutany.

Ryc. 18. Diagram chromosomów ludzkich, z zaznaczonymi miejscami

łamliwymi: 2q13, 3p21, 6p23, 7p11, 8q22, 9p21, 9q32, l0q23, llql3,

llq#3, 12q13, 16p12, 16q23/24, 20p11 i Xq27, otwarta strzałka obok

16q22 - oznacza miejsce wrażliwe na działanie interferonu,

natomiast długa strzałka obok I0q25 - oznacza pęknięcie uwidacz=

niające się przy zastosowaniu BrdU (Yassarge i Schmidt).

#hromosom kolisty

W wyniku delecji obu końcowych odcinków chromosomu, nowo powstałe

zakończenia chromosomu mogą wzajemnie się połączyć, co spowoduje

powstanie kolistego chromosomu.

ftyc. 19. Chromosom kolisty. W wyniku delecji obu końcowych

odcinkdw chro# D #, mosomu nowo powstałe zakońezenia chromosomu

połączyły się wzajemnie, co spowodowało powstanie kolistego LG

chrcmosomu.

Chromosom kolisty może powstać dopiero gdy oba zakończenia

chromosomu zostaną odłamane, gdyż tylko wtedy końce chromosomu

łączą się (ryc. 19).

Izochromosom

Izochromosom powstaje wskutek nieprawidłowego, poprzecznego

podziału centromeru chromosomu macierzystego. Tak więc izochromosom

składa się tylko

PraWidiowy NieprnwidTo#.vy

podz ia T cent romeru podz ia1cenfromeru

4 4

Metafoza

I I

Replikacja inastepna metnbzo

Normalne łzoehromosomy chromo5omy

Ryc. 20. Powstanie izochromosomów w wyniku nieprawidłowego,

poprzecznego podziału centromeru chromosomu macierzystego.

albo z ramion krótkich, albo z ramion długich (ryc. 20). Powoduje

to w na- stępstwie brak genów zawartych w utraconych ramionach oraz

podwójną liczbę genów ramion, które zostały podwojone.

ABERRACJE LICZBOWE

Liczba chromosomów w dojrzałych komórkach płciowych, czyli

gametach, wynosi u człowieka 23. Jest to liczba haploidalna i

oznaczamy ją zwykle literą n. Zespół chromosomów w komórkach

somatycznych oraz w komórkach płciowych przystępujących do podziału

mejotycznego składa się z chromosomów pochodzących w połowie od

matki, a w połowie od ojca. Ten zespół 46 chromosomów nazywa się

diploidalny i oznaczamy go - 2n. Nieprawidłowości liczbowe mogą

wystąpić w komórkach płciowych w czasie pierwszego i drugiego

podziału mejotycznego lub w okresie życia zarodkowego. Wydaje się,

że w przeważającej większości mają one swoje źródło w

nierozdzielności (non-disjunction) par chromosomów w czasie mejozy.

Aberracje liczbowe dają w wyniku poliploidalny lub aneuploidalny

garnitur chromosomalny.

Poliploidia

Garnitur chromosomalny z liczbą chromosomów, która jest prostą

wielokrotnością tz i większa niż 2#, nazywa się poliploidalnym (69

chromosomówtriploidalny, 92 chromosomy - tetraploidalny itp.).

Przyczyną poliploidii są czynniki uniemożliwiające prawidłowy

rozwój komórki. Jednym z nich jest np. oziębienie, które powoduje

powstawanie komórek z poliploidalną liczbą chromosomów.

Aneuploidia

Garnitur chromosomalny określamy jako aneuploidalny, jeżeli liczba

chromosomów nie jest prostą wielokrotnością n. Aneuploidię

polegającą na braku jednego chromosomu w garniturze diploidalnym

nazywa się monosomią. Obecność jednego dodatkowego chromosomu

określa się jako trisomię. Jeżeli w garniturze diploidalnym

występują dwa dodatkowe homologiczne chromosomy, to taki stan

nazywamy tetrasomią. Obecność dwóch dodatkowych, niehomologicznych

chromosomów nazywamy podwójną trisomią. Trisomie są najczęściej

występującymi aberracjami chromosomalnymi, gdyż stanowią one ponad

50o/o aberracji chromosomalnych występujących u płodów z poronień

samoistnych oraz 67o/o u noworodków. Problem, czemu trisomie

powodują zmiany fenotypowe, może być najlepiej wyjaśniony przez

nieprawidłowości rozwoju płodowego. Wydaje się, że zasadniczą

przyczyną powstawania anomalii nie jest nadmiar określonych genów,

lecz ogólne zaburzenia we wzajemnym działaniu genów, gdyż różne

trisomie powodują wiele podobnych podstawowych nieprawidłowości w

rozwoju płodu. Aneuploidia powstaje w czasie nieprawidłowego

podziału komórkowego mitotycznego lub mejotycznego, w wyniku

nierozdzielności lub utraty chromosomu w anafazie. O

nierozdzielności (non-disjunction) mówimy wówczas, gdy w anafazie

mitozy lub mejozy obie chromatydy jednego lub kilku chromosomów nie

rozdzielają się i przechodzą łącznie do jednego z biegunów. W

rezultacie jedna z ko

mórek uzyskuje o jeden lub kilka chromosomów więcej, natomiast

druga traci je i zwykle ginie. Utrata w anafazie (loss at anaphase)

powstaje prawdopodobnie z powodu uszkodzenia wrzeciona

kariokinetycznego. Jedna z chromatyd nie nadąża za innymi do

bieguna komórkowego i ostatecznie zostaje całkowicie utracona. W

rezultacie powstaje komórka, która nie ma jednego z chromosomów.

Nieprawidłowości chromosomalne - zarówno w wyniku nierozdzielności

jak i utraty w anafazie - powstałe w komórkach płciowych mgskich

lub żeńskich powodują, że zygota wykazuje nadmiar lub brak

chromosomów; tak więc nieprawidłowości te określamy jako monosomie

lub trisomie. Jeżeli natomiast nierozdzielność lub utrata w

anafazie wystąpią już po zapłodnieniu komórki jajowej, powstaje

tzw. mozaika chromosomalna. Istnieją wtedy w jednym organizmie dwie

linie komórkowe lub więcej, z których każda ma inną liczbę

chromosomów. W wyniku utraty w anafazie powstaje mozaika z jedną

tylko nieprawidłową linią komórkową. Natomiast w wyniku

nierozdzielności w okresie zarodkowym powstaje mozaika z dwiema lub

więcej nieprawidłowymi liniami komórkowymi. Należy pamigtae o tym,

że w przypadku istnienia mozaiki chromosomalnej może np. w tkankach

pochodzenia ektodermalnego występować

PoazioT

P#awidTowy

XX XX

Ryc. 21. a - schematyczne przedstawienie powstania mozaiki

45,X/46,XX w wyniku utraty w anafazie jednego z chromosomów X, w

przebiegu mitozy w olsresie zarodkowym; b - schematyczne

przedstawienie powstania mozaiki 45,X/46,XY w wyniku utraty w

anafazie jednego z chromosomów Y, w przebiegu mitozy w okresie

zarodkowym.

Ryc. 22. Schematyczne przedstawienie powstania mozaiki 45,X/

/46,XX/47,XXX w wyniku nierozdzielności chromosomów ptcioXX XW X

XXX wych w czasie mitozy w okresie zarodkowym. Pierwszy podział

prawidlowy, drugi (jednej z koPodziaT mórek) nieprawidłowy (nierozn

ieprawidTowy dzielność).

inny kariotyp niż w tkankach pochodzenia mezodermalnego,

entodermalnego lub mezenchymalnego; w celu uzyskania pełnego

rozpoznania należy więc badać komórki tkanek wywodzących się z

różnych listków zar:dkowych. Jeśli np. zostanie utracony jeden z

chromosomów płciowych, to powstaje w ustroju mozaika z jedną

nieprawidłową linią komórkową: 45X/46,XX lub 45,X/46,XY (ryc. 21).

Natomiast w wyniku nierozdzielności chromosomów płciowych w okresie

bruzdkowania w zarodku żeńskim może powstae mozaika X/XXX * lub

X/XX/XXX, a w męskim X/XXY *, X/XY#XXY i inne (ryc. 22).

ZAPISYWANIE WYNIKÓW BADAl# T CYTOGENETYCZNYCH

W związku z koniecznością odpowiedniego i szybkiego przygotowania

danych cytogenetycznych do analizy statystycznej przyjęto jednolity

system zapisywania wyników badań cytogenetycznych oraz podzielono

zarówno ramiona krótkie, jak i długie chromosomów na odcinki

oznaczone dwoma cyframi. W przypadku braku jednego z chromosomów

płciowych przyjęto zapis 45,X. W przypadku obecności trzech

chromosomów X - zapis 47,XXX. W przypadku obecności czterech

chromosomów płciowych - zapis 48,XXXX lub 48,XXXY lub 48,XXYY. W

przypadku mozaiki przyjęto zapis:

45,X/46,XY (skrótowo zapiszemy jako X/XY lub XO/XY)

46,XX/46,XY (skrótowo zapiszemy jako XX/XY).

W przypadku braku u osobnika z dwoma chromosomami X jednego z

chromosomów, np. z grupy D, przyjęto zapis: 45,XX,-D (w razie

obecności dwóch chromosomów płciowych X - płeć żeńska) lub 45,XY,-D

(w razie obecności chromosomów płciowych XY - płeć męska). W razie

obecności u osobnika z dwoma chromosomami X dodatkowego chromosomu

z grupy D przyjęto zapis 47,XX,-#-á. Jeżeli można z całą pewnością

określić, że brakujący lub też dodatkowy chr#mosom jest np. nr 13,

to przyjmuje się zapis 45,XX,-13 (w razie braku chromosomu) lub

zapis 47,XX,#-13 (w wypadku dodatkowego chromosomu). Podobnie u

osobnika z chromosomami płciowymi XY zapis będzie wyglądał

45,XY,-13 lub 47,XY,-ł-13. Zwiększenie długości ramion długich

jednego z chromosomów nr 1 w kariotypie męskim zawierającym 46

chromosomów, zapiszemy jako: 46,XY lq-#-. Natomiast kariotyp

zawierający 47 chromosomów, w którym dodatkowy chromosom nr 14 ma

zwiększoną długość ramion długich, zapiszemy jako: 47,XY,-f- 14q#-.

Izochromosom oznaczamy literą i. Ramiona krótkie zaznaczymy literą

p, ramiona długie literą q. Chromosom kolisty - literą r. Tak więc

obecność izochromosomu ramion krótkich chromosomu X zapiszemy w

kariotypie zawierającym jeden normalny chromosom X jako 46 X,i(Xp).

Natomiast izochromosom ramion długich chromosomu X jako 46,X,i(Xq)

lub skrótowo X,i(Xq). Izochromosom dicentryczny ramion długich X

zapiszemy jako 46,X,dic i(Xq), natomiast pojedynczy izochromosom

ramion długich chromosomu X oznaczamy jako i(Xq). Delecję ramion

długich chromosomu X zapiszemy jako 46,XX,de1(Xq) (skrótowo 46,XXq-

lub XXq-) nlbo dokładniej 46,XX,de1(Xql3), co oznacza, że delecja

wystąpiła w odcinku 13 ramion długich.

# Jeżeli mozaika powstała w czasie pierwszego podziału zygoty

z ś

, ,

, ;

9 z ;

1 2 3 4 5 6

p , .

, , , .

.J v

v v

:3 #

11 12

, , v v , ,

z ;

z ; z ; :, ; #,

13 14 15 16 17 18

', q ,

19 20

21 22 Y

Prqżki G i Q # Prqżki R

Ryc. 23. Schemat kariotypu z zaznaczeniem poszczególnych odcinków

chromosomów,. uwidocznionych metodami prążkowymi. Ryc. 24. Schemat

chromosomu X z duplikacja pra- wie catych ramion dlugich i delecją

prawie całych ramion krótkieh.

11-. q ter

q ter-. p 11

Pojedynczy chromosom X z delecją ramion krótkich oznaezamy jako Xp-

, .a pojedynczy chromosom 5 z taką samą delecją jako 5p-. Delecję

ramion długich chromosomu nr 21 zapiszemy jako 46,XY,de1(21q) #(lub

skrótowo 46,XY,21q-). Chromosom kolisty X zapiszemy jako 46,X,r(X),

natomiast chromosom kolisty w grupie np. D jako 46,XX,r(D).

Translokację oznacza się literą t, po niej następuje nawias, w

którym są #zapisane chromosomy objęte translokacją. Jeżeli jest to

translokacja zrównoważona i oba chromosomy są obecne, to zapiszemy

ją: 46,XY,t(4p-;13q-ł-) - w wypadku przemieszczenia się fragmentu

ramion krótkich chromosomu 4 do ramion długich chromosomu 13 lub

46,XY,t(4p-f-;13q-) - w wypadku przemieszczenia się fragmentu

ramion długich chromosomu 13 do ramion krótkich chromosomu 4. Gdy

w wyniku translokacji następuje połączenie się dwóch chromosomów,

tak że powstaje z nich jeden nowy chromosom, stosujemy zapis:

45,XX,-13, -21-f-t(13q;21q). Oznacza to, że w kariotypie tym

stwierdza się brak jednego #chromosomu 13 oraz jednego chromosomu

21. W wyniku połączenia się ich ramionami długimi powstał nowy

chromosom, oznaczony jako 13q;21q. Ostateczna liczba chromosomów

jest więc 45. Zastosowanie techniki fluorescencyjnej oraz innych

metod prążkowych pozwoliło na uwidocznienie poszczególnych odcinków

chromosomów, wykazują#cych odmienną barwliwość, i dzięki temu

umożliwiło dokładną identyfikację poszczególnych chromosomów oraz

ich aberracji strukturalnych. W celu podzielenia zarówno ramion

długich, jak i krótkich na poszczególne odcinki, #przyjęto, aby

cyfrą 1 oznaczać te odcinki, które są położone przy centromerze,

natomiast dalsze, kolejnymi liczbami - 2, 3 itd. (ryc. 23).

Skomplikowane zapisy, które w wyniku stosowania metod prążkowych

umożliwiają oznaczanie poszczególnych fragmentów chromosomów,

przedsta#wiono na przykładzie czterech konkretnych kariotypów,

stwierdzonych u czterech pacjentów badanych z powodu zaburzeń

płodności: trzech kobiet oraz j ednego mężczyzny. U pierwszej z

kobiet, z kariotypem 46,X,dup(X) (qter-.łpll ::qll-#qter),

'58

fragment, który uległ duplikacji, jest stosunkowo duży, gdyż

obejmuje ramiona długie od ich zakończenia terminalnego do części

qll (ryc. 24). Jednocześnie złamanie i utrata części dystalnej

ramion krótkich chromosomu X nastąpiła w miejscu pll, a więc prawie

cała długość ramion krótkich została utracona. Tak więc chromosom

z duplikacją obejmuje całe ramiona długie oraz część ramion

krótkich aż do miejsca pll, w którym nastąpiło złamanie co

zapisujemy, zgodnie z Konferencją Paryską (1971) qter--#pll. Z

chromosomem tym połączył się fragment chromosomalny dający

duplikację, składający się z części ramion długich od zakończenia

terminalnego do miejsca qll - co

Ryc. 25. Kariotyp z translokacją chromosomów nr 10 i II (wg

Boczkowskiego i Mikkelsen).

Ryc. 26. Schemat translokacji chromosomów nr 13 i 14.

zapisujemy: qll--łqter. Miejsce złamania i ponownego połączenia się

chromosomów zaznaczamy podwójnym dwukropkiem :.. U drugiej z

kobiet, z kariotypem 46,X,dup(X) (qter-łp21: :#2l#qter), fragment,

który uległ duplikacji, jest mniejszy, gdyż obejmuje część ramion

długich od ieh zakończenia terminalnego do części q21. Jednocześnie

złamanie ż utrata części dystalnej ramion krótkich chromosomu X

nastąpiły w miejscu p21, a więc tylko mniejsza część ramion

krótkich została utracona. U trzeciej z kobiet stwierdzono kariotyp

46,XX,t(10;11) (q21;q23), który można zapisać również jako:

46,XX,t(10;11) (lOpter-alOq21::llq23-#llqter; Ilpter-

j11q23::l0q2l#lOqter). Oznacza to, że pęknięcia nastąpiły w

dystalnych odcinkach chromosomów nr 10 i 11, przy czym dystalne

fragmenty chromosomów, które uległy oderwaniu, dokonały

translokacji naprzemiennej, tzn. z chromosomem nr 10 połączył się

mały fragment chromosomu nr I1, natomiast z chromosomem nr 11

połączył się fragment chromosomu nr 10 (ryc. 25). U mężczyzny

natomiast stwierdziliśmy kariotyp 45,XY,t(13q;14q), który można

zapisać również jako: 45,XY,t(13;14) (13qter#cen-łl4qter). Oznacza

to, że stwierdzono jedynie 45 chromosomów, gdyż dwa chromosomy

akrocentryczne z grupy D, nr 13 i 14, połączyły się ze sobą w

okolicy centromeru, dając w wyniku duży, prawie metacentryczny

chromosom, zawierający informację genetyczną ramion długich zarówno

chromosomu nr 13, jak i chromosomu nr 14 (ryc. 26). Natomiast

ramiona krótkie obu chromosomów zostały najprawdopodobniej

utracone. Chromosomy, których nie możemy zaklasyfikować do żadnej

z grup, ozna= czamy skrótem #n,ar (marker). Dotyczy to również

fragmentów chromosomalnych, które mają centromer. Fragmentów

chromosomalnych nie mających centromeru nie wliczamy dn ogólnej

liczby chromosomów i oznaczamy jedynie skrótem ace (acentric).

Chromosomy pochodzenia matczynego oznaczamy skrótem n'tat

(maternal); natomiast pochodzenia ojcowskiego skrótem pat

(paternal).

Poniżej jeszcze raz zostaną podane wymienione skróty

ace (acentric) acentryczny

ż (isochromosome) izochromosom

#n.ar (marker) marker

r#at(maternal) matczyny pat (paternal) ojcowski

p ramię krótkie q ramię długie

T (ring) chromosom kolisty

t (translocation) translokacja

, rozdziela chromosomy lub ich fragmenty w aberracjach

strukturalnych# obejmujących więcej niż jeden chromosom . złamanie

. . złamanie i połączenie

-# lub - przed chromosomem = naddatek lub ubytek liczby chromosomów

-#- lub - za chromosomem = naddatek lub ubytek części chromosomu

Poszczególne techniki prążkowe oznaczane są następującymi skrótami:

Q prążki Q

QF prążki # - fluorescencja

QFQ prążki Q - fluorescencja -f- mepakryna QFH prążki (# -

fluorescencja -#- Hoechst 33258 G prążki G

#'E' prążlsi G - trypsyna

GTG prążki G - trypsyna -# Giemsa

GAG prążki G - kwas octowy -# solanka -#- Giemsa

C prążki C

#B prążki C - wodorotlenek baru

CHG prążki C - wodorotlenek baru -# Giemsa

R prążki R

RF prążki R - fluorescencja

RFA prążki R - fluorescencja #- oranż akrydyny

RH prążki R - podgrzewanie

ftHG prążki R - podgrzewanie #- Giemsa

RB prążki R - BrdU

RBG prążki ft - BrdU #-- Giemsa

RBA prążki R - BrdU -j- oranż akrydyny

Szczegółowe dane dotyczące zapisów aberracji chromosomalnych

znajdzie Czytelnik w "Cytogenetics and Cell Genetics" tom 21, nr 6,

1978, a nowsze dane związane z metodami prążkowymi w "Cytogenetics

and Cell Genetics" tom 31, nr 1, 1981.

METODY BADAl VllA CHROMOSOMÓW

Szybki postęp w badaniu chromosomów człowieka był możliwy dzięki

udoskonaleniu technik cytogenetycznych, dokonanym w początkach lat

pięćdziesiątych. Szczególne znaczenie miało zastosowanie kolchicyny

używanej od dawna w cytogenetyce roślin, do zatrzymania mitozy w

czasie metafazy, oraz użycie płynów hipotanicznych w celu lepszego

rozproszenia chromosomów #łytki metafazalnej. Stosując te techniki

Tijo i Levan w 1956 r. wykazali, że prawi„łowa liczba chromosomów

w komórce ludzkiej wynosi 46. W 1970 r. Casperson i wsp.

zastosowali do badania chromosomów człowieka technikę

fluorescencyjną, umożliwiającą identyfikację poszczególnych

chromosomów. Technika ta umożliwiła również wykrycie w jądrach

komórek męskich jasno fluoryzującej grudki chromatyny, powstającej

w wyniku silnej fluorescencji ramion długich chromosomu Y,

określonej jako ciałko Y. Od 1971 roku pojawiło się wiele tzw.

technik prążkowych, umożliwiających identyfikację wszystkich

chromosomów człowieka przez odpowiednie przygotowanie preparatów,

barwionych następnie barwnikiem Giemsy lub innymi barwnikami;

metody te nie wymagają tak drogiej aparatury, jak technika

fluorescencyjna. Zastosowanie tych metod umożliwia coraz

dokładniejsze mapowanie chromosomów człowieka. Badanie chromosomów

jest dokonywane najczęściej w leukocytach z krwi obwodowej,

fibroblastach i komórkach szpiku kostnego. Najłatwiejsze jest

badanie chromosomów w szpiku kostnym, gdyż materiał ten nie wymaga

zakładania hodowli komórk#wej, ponieważ w szpiku kostnym znajduje

się duża liczba komórek w stanie podziału. Jednak pobieranie szpiku

jest trudne i bolesne dla pacjenta i nie może być zalecane,

szczególnie w przypadkach, w których jest konieczne powtórzenie

badania. Badanie garnituru chromosomalnego w komórkach skóry wymaga

natomiast założenia kilkutygodniowej hodowli. Z tego powodu

najdogodniejszym i najcztściej stosowanym badaniem jest ho„owla

leukocytów z krwi obwodowej. Prawie wszystkie techniki hodowli

leukocytów z krwi obwodowej opierają się na metodzie opublikowanej

przez Moorheada i wsp. w 1960 r. Są to zarówno makrometody, do

wykonywania których pobieraxny ok. 5 ml krwi, jak i mikrometody,

umożliwiająee założenie hodowli z ilości krwi nie przekraczającej

0,1 ml. Po hodowli, trwającej trzy doby, wykonujemy preparaty,

które oglądamy z zastosowaniem średniego powiększenia mikroskopu;

z chwilą gdy natrafimy na płytkę metafazalną, w której chromosomy

są odpowiednio rozproszone, liczymy chromosomy w dużym

powiększeniu. Jeżeli w komórce chromosomy są szczególnie dobrze

rozproszone, to dokonujemy bardziej szczegółowej ich analizy,

bezpośrednio spod mikroskopu, lub wykonujemy zdjęcie fotograficzne.

Analizę rozpoczyna się zwykle od najmniejszych chromosomów.

Rozpoczynamy ją od grupy G, następnie dokonuje się analizy grupy F,

E, D, a potem grupy B i A. Chromosomy z grupy C, jako

najtrudniejsze do zidentyfikowania, pozostawia się na koniec

badania. Oprócz metody rutynowej stosuje się barwienie barwnikiem

Giemsy odpowiednio przygotowanych preparatów, co pozwala na

uwidocznienie wzorów prążkowych chromosomów, tzw. prążków G, C i R,

lub badanych w mikroskopie fluorescencyjnym prążków Q. Podstawą

barwienia prążkowego (z wyjątkiem prążków Q) jest denaturacja

niektórych odcinków chromosomów, które w jej wyniku wykazują

odmienną barwliwość niż pozostałe odcinki.

PODSUMOWANIE

Liczba chromosomów w diploidalnym garniturze człowieka wynosi 46.

Najważniejszymi kryteriami klasyfikacji chromosomu są: długość

chromosomu w stosunku do długości innych chromosomów danej komórki,

pozycja centromeru oraz wzór prążkowy chromosomu. Chromosomy

dzielimy na siedem grup, które oznaczamy literami alfabetu od A do

G. Poszczególne pary autosomów są oznaczone od 1 do 22, chromosomy

płciowe symbolami X i Y. Aberracje chromosomalne mogą powstaE

zarówno w komórkach płciowych (w czasie pierwszego lub drugiego

podziału mejotycznego), jak i we wczesnym okresie życia

zarodkowego. Momentem, w którym występują najczęściej, jest podział

komórki, zarówno mejotyczny, jak i mitotyczny. Aberracje

chromosomalne możemy podzieliE na liczbowe i strukturalne.

Najczęściej spotykanymi aberracjami strukturalnymi są: inwersja,

delecja, translokacja i duplikacja. Aberracje liczbowe powstają

najczęściej w wyniku nierozdzielności i charakteryzują się brakiem

jednego z chromosomów lub obecnością dodatkowego chromosomu.

Badanie cytogenetyczne wykonujemy u osób, u których podejrzewamy

istnienie aberracji chromosomalnej. Wykonywanie ich natomiast we

wszystkich jednostkach chorobowych uwarunkowanych genetycznie jest

niecelowe, gdyż przeważająca większość z nich jest spowodowana

mutacją genu, a w związku z tym niewykrywalna badaniem

cytogenetycznym. IV. Aberracje chromosomów p#ciowych

Krzysztof Boczko#ski

W celu powiązania aberracji chromosomalnych z patogenezą zespołów

chorobowych, w których zostały one stwierdzone, można posługiwać

się dwiema: metodami. Pierwsza z nich polega na zgrupowaniu chorych

z pewnym określonym zespołem klinicznym i wykonaniu u nich badań

cytogenetycznych; następnie szukaniu powiązań między typami

aberracji chromosomalnych, które# udało się stwierdzić, a różnymi

formami klinicznymi danego zespołu. Druga metoda polega na

zgrupowaniu wszystkich osób, u których stwierdzono określoną

anomalię chromosomalną (np. kariotyp 45,X), w celu przeanalizowania

u nich pewnych określonych parametrów; pozwala to zrozumieć

znaczenieokreślonej aberracji chromosomalnej dla rozwoju płciowego,

zahamowania wzrostu itp. W niniejszym rozdziale został wybrany

pierwszy sposób opisu materiału klinicznego i cytogenetycznego.

Wydaje się to celowe dlatego, że lekarz jest z natury rzeczy lepiej

zorientowany w zagadnieniach klinicznych niż cytogenetycznych i w

związku z tym bardziej dogodne jest dla niego grupowanieů materiału

według cech klinicznych. Ponadto dla klinicysty ważne jest

stwierdzenie, jaki typ aberracji chromosomalnej charakteryzuje dany

zespół chorobowy. Najpierw opisane zostaną zespoły związane z

obecnością dodatkowego chromosomu płciowego, a więc: zespół

Klinefeltera, mężczyini XYY oraz kobiety XXX, a następnie osoby, u

których stwierdza się brak drugiego chromosomu płciowego we

wszystkich lub w części komórek, a więc kobiety z zespołem Turnera.

Aberracje strukturalne chromosomu X nie zostały wyodrębnione jako

zespół chorobowy, gdyż nie tworzą one takiego zespołu, a występują

zarówno u kobiet z zespołem Turnera. jak i niekiedy u pacjentek z

czystą dysgenezją go= nad oraz u pacjentek badanych z powodu

bezpłodności lub zaburzeń płodności. Najczęściej stwierdzane

mozaiki chromosomów płciowych to: 45,X/46,XX; 46,XY/47,XXY;

45,X/46,XY. Pierwsza z tych mozaik została omówiona w zespole

Turnera, a druga w zespole Klinefeltera. Natomiast mozaika

45,X/46,XY występuje najczęściej w zespole mieszanej dysgenezji

gonad oraz w obojnactwie męskim, chociaż opisano również przypadki

normalnie zbudowanych,. choć bezpłodnych, mężczyzn, u których

nieznaczny procent badanych komórek wykazywał komponent 45,X.

Większość przypadków obojnactwa prawdziwego oraz żeńskiego lub

męskiego nie jest związana z aberracjami chromosomów i dlatego

stwierdza się u nich najczęściej prawidłowy kariotyp: żeński - w

obojnactwie żeńskim oraz# prawdziwym, a męski - w obojnactwie

męskim.

63:

^GENETYCZNA DETEIf.MINACJA PŁCI

=#zynnik męski jest decydujący zarówno w determinacji, jak i w

różńicowaniu płci u człowieka i u innych ssaków. Płeć zostaje

zdeterminowana w momencie żapłodnienia i zależy od tego, jaki

plemnik wniknął do komórki jajowej: czy był to plemnik z

chromosomem Y - determinujący płeć w kierunku męskim, czy z

chromosomem X - determinujący płeć w kierunku żeńskim. Decydujące

znaczenie chromosomu Y w męskiej determinacji płci zostało

udowodnione w 1959 r. przez Jacobs i Stronga oraz Forda i wsp. na

podstawie #badań cytogenetycznych w zespole Klinefeltera. Autorzy

ci stwierdzili bowiem, że w wypadku kariotypu 47,XXY lub mozaiki

46,XX/47,XXY następuje męski rozwój osobnika. Dalsze badania

cytogenetyczne wykazały, że nawet w wypadku kariotypu 48,XXXY lub

49,XXXXY rozwój osobnika następuje w kierunku męskim. Tak więc

obecność ehromosomu Y decyduje ůo męskim rozwoju.

Antygen H-Y Jqdra pTodowe

O S

Hormon

#- anty-Mlierowski # o# ó P Sf

m OS#

P#O

Wewngtrzne i zewn#trzne m#skie narzqdy pTciowe

Komórki podporowe (Sertolego) Komórki śródmiqższowe jqdra (Leydiga)

Ryc. 27. Schemat męskiego rozwoju płciowego. Pod wpływem antygenu

H-Y wydzielanego przez komórki podporowe, następuje różnicowanie

pierwotnych gonad w jądra. Powstale w wyniku tego działania jądra

płodowe zawierają komórki podporowe, wydzielające hormon anty-

Mllerowski oraz komórki śródmiąższowe, wydzielające testosteron -

maskulinizujący #rewnętrzne narządy płciowe, oraz powstały z

testosteronu dihydrotestosteron - maskulinizujący zewnętrzne

narządy płciowe.

W latach siedemdziesiątych przebadano antygen H-Y. Badania te

wykazały, :że antygen H-Y jest odpowiedzialny za różnicowanie

pierwotnej gonady w kierunku męskim (ryc. 27). Dalsze badania

potwierdziły związek antygenu H-Y z obecnością tkanki jądrowej.

Stwierdzono mianowicie, że u wszystkich osobników, którzy mają

jądra lub gonadę obojnaczą (ovotestżs), można wykryć antygen H-Y,

niezależnie od tego, czy badaniem cytogenetycznym stwierdza sig

nich obecność chromosomu Y, czy też nie. Z drugiej strony, u

osobników, u których nie wykształciły się jądra, bardzo rzadko

udaje się wykazać antygen H-Y. Natomiast ohecność antygenu H-Y

xnożna stwierdzić nawet wtedy, kiedy osobnik, który już nie ma

jąder, mial je jednak w pewnym okresie swego życia, np. w

przypadkach anorchizmu (tab. 8). Antygen H-Y jest białkiem

związanym z błoną komórkową i wykazujE zdolność wiązania z

komórkami somatycznymi - zarówno XY, jak i XX a specyficznym

receptorem jest áQ-mikroglobulina. Natomiast komórki płciowt

#64

T a b e I a 8. Występowanie anty#enu H-Y

ObecnośE tkanki

jądrowej i antygenu H-Y

Normalni mężczyźni XY

Zespół Klinefeltera Mężczyźni XX

Mężczyźni z mozaiką XO/XY lub XX/XY Obojnactwo prawdziwe

Obojnactwo męskie Zespół niewrażliwości

na androgeny

Brak tkanki

drowej i obec ośE Brak morfo enez Brak morfo enezy jądrowej i obec-

jądrowej i brak antygenu H-Y nośE antygenu H-Y antygenu H-Y

anorchizm agonadyzm

czysta dysgenezja gonad XY (forma H-Y+)

normalne kobiety

XX, nosicielki

autosomalnej recesywnej

mutacji

dysgenezja gonad XXp- lub

Xi(Xq)

zespół Turnera

normalne kobiety XX

czysta dysgenezja gonad XX

czysta dysgenezja gonad XY

(forma H-Y-)

zarówno męskie, jak i żeńskie nie mają zdolności wiązania tego

antygenu. Dalsze badania potwierdziły przypuszczenia, że gen

odpowiedzialny za wytwarzanie antygenu H-Y jest umiejscowiony

autosomalnie. Lau i wsp. (1986 r stwierdzili, że locus tego genu

znajduje się w chromosomie nr 6. Sugeruje t # że chromosom Y, a

ściślej mówiąc część proksymalna jego ramion krótkichjest

odpowiedzialna jedynie za regulację ekspresji autosomalnego genu

antygenu H-Y. Chromosom Y zawiera więc tylko gen regulujący dla

antygenu H-Y i dlad gyczy to za ó b ma k# m żcz omosomu Y mogą

wykazywać ten antygen: ę yzn XX, jak i kobiet z układem chromosomów

płciowych 45,X, 45,X,i(Xq) oraz del(Xp) - a więc tych, które nie

mają tygen H-ytkeh h k mn Y# W powyższych przypadkach stężenie

aniejsze niż u normalnych mężczyzn, co wskazuje, że rozwój

pierwotnej gonady jako jądra jest związany 2 odpowiednim stężeniem

antygenu H-Y. Chromosomy płciowe możemy więc podzielić na: 1)

euchromatyczny chromosom - X oraz 2) heterochromatyczne chromosomy

- Y i X. Euchromatyczny chromosom X występuje zarówno w garniturze

chromosomaln m żeńskim jak i męskim. Natomiast występujący u

osobników żeńskich drugi, heterochromatyczny chromosom X ulega

unieczynnieniu i jest widoczn w o staci grudki chromatyny płciowej.

Na uwagę zasługuje fakt, że zaró no hete ychromatyczny chromosom X,

jak i chromosom Y, wykazują asynchronię sw ch wzorów prążkowych, w

odróżnieniu od wszystkich pozostałych chromosomów, których czas

replikacji DNA jest ściśle określony i wza emnie zs n chronizowany.

j yGe 1 b g y w ł eńie w o# aniem pierwotnej gonady w jajnik mogą

być u omatycznym chromosomie X lub również w nie ulegających

inaktywacji miejscach heterochromatycznego chromosomu X lub i mogą

leżeć w którymś z autosomów albo w kilku autosomach. Nie potrafimy

obecnie wyłączyć żadnej z tych dwóch możli#vości. Dla dalszego

rozwoju jajników oraz pełnej oogenezy konieczny jest u człowieka

drugi heodb wa n# tyczny chromosom X. Różnicowanie pierwotnej

gonady w jądro y natomiast pod wpływem chromosomu Y. Chromosom Y

zawiera jednak tylko gen kontrolujący produkcję antygenu H-Y.

Genetyczna determinacja ptci powoduje w warunkach fizjologicznych

zróżnicowanie pierwotnej gonady w kierunku męskim lub żeńskim.

Dalszy rozwój płciowy wiąże się z czynnością hormonalną płodowych

gonad. Jądra B - Zarys genetyki

płodu, dzięki wydzielanym przez siebie substanejom hormonalnym,

odgrywają podstawową rolę w różnicowaniu płciowym w kierunku

męskim. Substaneje hormonalne płodowych jąder powodują bowiem

kolejno zróżnicowanie w kierunku męskim wewnętrznych i zewnętrznych

narządów płciowyeh, a następnie ośrodków mózgowych, i to zarówno

tych, które kierują wydzielaniem przysadki. jak i tych, z którymi

wiąże się zachowanie reprodukcyjne i niereprodukcyjne. W razie

braku czynników hormonalnych płodowych jąder rozwój zewnętrznych i

wewnętrznych narządów płciowych odbywa się w kierunku żeńskim,

ustala się również żeński typ ośrodków nerwowych podwzgórza,

kierujących wydzielaniem przysadki, jak również ośrodków związanych

z zachowaniem reprodukcyjnym i niereprodukcyjnym. Żeńskie hormony

płciowe łożyska oraz jajników płodowych odgrywają w tych procesach

jedynie pomocniczą rolę. U człowieka, podobnie jak u większości

ssaków, różnicowanie narządów płciowych w kierunku męskim odbywa

się więc pod wpływem substaneji hormonalnych wytwarzanych przez

jądra płodowe. Natomiast różnicowanie w kierunku żeńskim jest

samoistne, tzn. dokonuje się prawie bez wpływu czynników

działających z zewnątrz na narządy płciowe, jest więc genetycznie

zakodowane w tkankach narządów płciowych ssaków.

CHROMATYNA PŁCIOWA

Barr i Bertram w 1949 r. wykryli w jądrach komórek osobników

żeńskich zasadochłonną grudkę chromatyny, która swoją wielkością i

zbitością wyróżnia się wśród innych grudek chromatyny jądrowej.

Grudkę tę nazywamy chromatyną płciową lub chromatyną płciową X

(niekiedy nazywa się ją również ciałkiem Barra). Grudka taka nie

występuje lub prawie nigdy nie występuje w jądrach komórek męskieh.

W niniejszym podręezniku określenia: chromatyna płciowa, chromatyna

płciowa X i ciatko Barra, używane są jako synonimy i określają

chromatynę płciową, powstałą w wyniku heterochromatyzacji

chromosomu X. Natomiast w jądrach komórek męskieh Pearson i wsp. w

1970 r. stwierdzili istnienie jasno fluoryzujacej grudki. która

powstaje w wyniku silnej fluoresceneji części dystalnej ramion

długich chromosomu Y. Grudkę tę nazwano ciałkiem Y.

CHROMATYNA PŁCIO#'PA X

Chromatynę płciową X bada się najezęściej w rozmazach z nabłonka

jamy ustnej lub w leukocytach krwi obwodowej, choć można ją również

stwierdzić w komórkach niemal wszystkich innych tkanek organizmu.

Dogodnym materiałem do badań chromatyny płciowej noworodków jest

owodnia. U normalnej kobiety odsetek komórek w rozmazach z jamy

ustnej, w których stwierdza się chromatynę płciową, wynosi ponad

20o/o. W piśmiennictwie podane są również inne wartości tego

odsetka u normalnych kobiet, co tłumaczy się różnicami w technice

badań poszezególnych autorów. W patologicznych przypadkach można

stwierdzić aberracje w chromatynie płciowej, które mogą być

jakościowe - mniejsza lub większa niż normalnie grudka chromatyny

płciowej albo ilościowe - obecność dwóeh lub więcej grudek

chromatyny płciowej w jednej komórce. Określenie chromatyny

płciowej X jest istotnym wstępnym krokiem w badaniu garnituru

chromosomalnego (ryc. 28). Jest to najprostsza, ehociaż pośrednia,

metoda wykrywania aberracji chromosomu płciowego X. Ryc. 28.

Chromatyna płciowa X w jądrze komórki z nabłonka jamy ustnej

(zazna- czona strzałką).

itariotyp Fenotyp

XO ZespóT Turnera

XY .ó Normalny mgżczyzna

XX Normalna kobieta XYY ZespóT Klineteltera XXX Kobieta XXX

Ryc. 29. Związek pomiędzy chromosomem X i chromntyną ptciową X.

Bralc chromatyny płciowej, poza normalnymi osobnikami męskimi z

kariotypem 46,XY, stwierdza się w przypadkach aberracji

chromosomalnych z następującymi kariotypami: 45,X, 47,XYY. Jedną

grudkę chromatyny pł„owej stwierdza się nie tylko u osobników płci

żeńskiej z kariotypem 46,XX, lecz również w przypadkach z

kariotypem 47,XXY, 48,XXYY. Dwie grudki chromatyny płciowej

stwierdza się w wypadku kariotypów: 47,XXX, 48,XXXY, 49,XXXYY. Trzy

grudki chromatyny płciowej stwierdzono w kariotypach: 48,XXXX,

49,XXXXY; tak więc liczbę grudek w stosunku do liczby chromosomów

X można określić wzorem n-I (ryc. 29).

Teoria Lyon

Obecność chromatyny pł„owej w komórkach żeńskich zwróciła uwagę na

jej związek z chromosomami X. Zagadnienie tego związku zostało

wyjaśnione w teorii opracowanej przez Lyon. Zgodnie z hipotezą tej

badaczki we wczesnym

okresie życia płodowego (ok. 16 dnia) jeden z chromosomów X w

komórkach zarodka żeńskiego zostaje zinaktywowany (unieczynniony),

staje się heterochromatyczny i dzięki temu widoczny w postaci

grudki chromatyny płeiowej X w komórkach w okresie interfazy. Tak

więc w normalnym garniturze żeńskim czynny jest tylko jeden z

chromosomów X. Jak wiemy, w ustroju żeńskim chromosomy X różnią się

między sobą pochodzeniem: jeden z nieh powstał w matezynej, a drugi

w ojcowskiej linii komórek rozrodezyeh.

0 0 /

D \ 0 0

D 0

0 0

a / b c

ftyc. 30. VVyniki badań Lyon i wsp. (1964): a - zgodnie z losowym

unieczynnieniem jednego z chromosomów X (w jednych komórkach

pochodzenia ojcowskiego - zaznaezone prostokątem, a w innych

pochodzenia matezynego - zaznaczone kółkiem) u myszy stwierdza się

mozaikę dwóch kolorów sierści; b, c - w wypadku, gdyby inaktywacja

chromosomu X nie istniała lub tylko chromosom X matezyny czy

ojcowski uległ inaktywacji, stwierdzałoby się jednolity kolor

sierści (wg Lyon i wsp.modyfikacja).

W części komórek zarodka losowo ulega unieczynnieniu chromosom

poehodzenia matezynego Xmat (maternal), w innych natomiast -

chromosom pochodzenia ojcowskiego Xpat (paternal). W ten sposób w

ustroju żeńskim powstaje swoista mozaika, złożona z komórek X#'nat

i Xpat (ryc. 30). Inaktywacji ta jest prawdopodobnie spowodowana

metylacją DNA. Ostatnio przyjmuje się, że chodzi raczej nie o

inaktywację drugiego z chromosomów X, lecz o to, że istniejący

mechanizm aktywacji umożliwia zawsze tylko aktywację jednego

chromnsomu X; stąd wszystkie pozostałe pozostają nieaktywne,

chociaż nie są inaktywowane. Słuszność hipotezy Lyon znalazła

potwierdzenie w pracach innych badaczy, a wnioski teoretyczne z

niej wynikające wyjaśniły wiele niejasnych i spornych problemów;

można je streścić w następujących punktach: 1. Każdy unieczynniony

chromosom X uwidacznia się w postaei grudki chromatyny płciowej X.

U osobników majacych dodatkowe chromosomy X - kariotyp 4?,XXX -

stwierdzono istnienie dwóch grudek ehromatyny płciowej. Dalsze

badania wykazały, że każdy dodatkowy chromosom X jest widoczny w

postaci grudki chromatyny płciowej, np. w przypadkach z kariotypem

49,XXXXY stwierdzono obecność trzech grudek chromatyny płciowej. 2.

Ponieważ kobieta ma dwa chromosomy X, a mężezyzna tylko jeden,

teoretycznie homozygotyczna kobieta powinna np. wytwarzać dwa razy

więcej niż mężezyzna globuliny przeciwhemofilowej i dehydrogenazy

glukozo-6-fosfo ranowej, a więc substancji białkowych, których

synteza uwarunkowana jest przez geny zawarte w chromosomach X.

Fakt, że kobieta nie wytwarza tych substancji dwa razy więcej niż

mężczyzna, tłumaczy się, w świetle hipotezy Lyon, unieczynnieniem

jednego z chromosomów X kobiety. 3. U osobników żeńskich mających

dwie populacje czynnych chromosomów: Xpat (paternal) i X#n.at

(maternal) nie ujawniają się cechy recesywne sprzężone z tym

chromosomem, jak hemofilia lub ślepota na barwy. Mogłoby się

wydawać, że jeżeli jeden z chromosomów X kobiety ulega

unieczynnieniu, to ma ona tylko jeden czynny chromosom X, podobnie

jak mężczyzna. Należy jednak pamiętać o bardzo istotnej

modyfikacji. Unieczynnieniu ulega losowo jeden z chromosomów X,

pochodzący od ojca albo od matki, i to w ten sposób, że w jednych

komórkach unieczynnienie dotyczy X#n.at, a w innych Xpat. Dlatego

w organizmie kobiety tworzy się swoista mozaika czynnych Xmat i

Xpat. Możemy teoretycznie przyjąć, że jedna połowa komórek kobiety

zawiera czynny chromosom X pochodzący od ojca, natomiast druga

połowa komórek ma czynny chromosom X pochodzący od matki. Badania

autoradiograficzne wykazały, że u normalnej kobiety jeden z

chromosomów X dokonuje replikacji DNA później niż inne chromosomy

i jest to, jak się okazało, unieczynniony chromosom X, widoczny w

kształcie grudki chromatyny płciowej. Badania autoradiograficzne

wykazały ponadto, że podobnie późny czas syntezy DNA mają dodatkowe

chromosomy X, np. w przypadku kariotypu 47,XXX lub 48,XXXY. W

delecji chromosomu X stwierdza się niekiedy małą grudkę chromatyny

płciowej, natomiast w przypadku istnienia dużego chromosomu X

(izochromosom ramion długich X) stwierdza się zwykle dużą grudkę

chromatyny płciowej. Ważny zarówno z punktu widzenia genetyki

teoretycznej, jak i genetyki medycznej jest problem, czy zawsze

chromosomem ulegającym inaktywacji, a więc widocznym w okresie

interfazy w postaci grudki chromatyny płciowej, jest nieprawidłowy

strukturalnie chromosom X. Istotne są tutaj badania chromatyny

płciowej w przypadkach z aberracjami strukturalnymi chromosomu X.

Wielu autorów wykazało, że chromatyna płciowa jest większa niż

normalnie w przypadkach, w których, oprócz prawidłowego chromosomu

X, stwierdza się izochromosom ramion długich chromosomu X. Osoby z

tą aberracją chromosomalną wykazują zwykle cechy zespołu Turnera.

Lindsten stwierdzil ponadto, że chromatyna płciowa utworzona przez

izochromosom ramion długich chromosomu X jest nie tylko większa niż

normalnie, ale zawiera również więcej DNA niż chromatyna płciowa

utwnrzona przez prawidłowy chromosom X. Powyższe dane prowadzą do

wniosku, że unieczynnieniu ulega zwykle nieprawidłowy, nie zaś

prawidłowy chromosom X, co nie jest jednak regułą. Stwierdzono

również, że nie cały heterochromatyczny chromosom X ulega

inaktywacji. Wykazano bowiem, że w chromosomie tym nie ulega

inaktywacji gen odpowiedzialny za wytwarzanie obecnego we krwi

antygenu Xg oraz gen odpowiedzialny za produkcje sulfatazy

steroidowej. Oba te geny zostały umiejscowione blisko siebie, w

części dystalnej ramion krótkich chromosomu Xtak więc

najprawdopodobniej ndcinek od Xp22.13 do Xp22.3 nie ulega

inaktywacj i.

CIAi,K0 Y

W badaniu chromosomu Y szczególnie istotna okazała się metoda

fluorescencyjna. Wykazała ona, po zabarwieniu preparatu mepakryną,

wyjątkowo jasną fluoresceneję części dystalnej ramion długich

chromosomu Y, co umożliwia jego identyfikację. Badania te wykazały

również, że długość fluoryzującego od

cinka ramion długich jest różna u różnych osobników. Nie

stwierdzono, aby było to związane z cechami fenotypowymi. W okresie

interfazy chromosom Y widoczny jest w jądrze komórkowym w postaci

małej grudki - wykazującej silną, ostro odgraniczoną fluorescencję

- nazywanej ciałkiem Y (ryc. 31). Liczba ciałek Y oraz intensywność

ich fluorescencji jest niezależna od czynności jąder lub stężenia

wydzielanych androgenów. Ciałko Y stwierdza się w od 30 do 50o/o

badanych komórek.

Ryc. 31. Ciałko Y (zaznaczone strzałką) stwierdzone w jądrze

komórki cebulki włosa osoby z kariotypem 46,XY (wg Schwingera i

Boczkowskiego).

Badanie ciałka Y jest stosowane obecnie jako test przesiewowy

(screening test) w poszukiwaniu osobników z chromosomem Y zarówno

w prenatalnym, jak i postnatalnym określaniu pł„ oraz w wykrywaniu

pacjentek z męskim chromosomem Y. Należy jednak pamiętać o tym, że

nawet normalni mężczyźni z małym chromosomem Y mogą nie wykazywać

ciałka Y z powodu delecji heterochromatycznej części ramion długich

chromosomu Y. Również niektórzy pacjenci z mozaiką 45,X/46,XY nie

wykazują ciałka Y. W porównaniu z badaniem chromatyny X wykrycie

ciałka Y jest mniej czasochłonne, a interpretacja badanego

materiału jest łatwiejsza. Badanie ciałka Y wymaga jednak

mikroskopu fluorescencyjnego i dlatego jest w Polsce rzadko

stosowane. Porównanie wyników badań chromatyny X i chromatyny Y

prowadzi do wniosku, że wybór jednej z tych metod zależy od celów

oraz możliwości i techniki pracy danego ośrodka.

GENETYCZNA ROLA HETEROCHROMATYNY

Przekonanie, że płeć jest określona wplywem heterochromatyny

chromosomów płciowyeh na zasadnicze procesy prowadzące do jej

różnicowania, jest starą teorią genetyki. Interesujące i nie

rozwiązane zagadnienie stanowi problem, w jaki sposób działa

heterochromatyna - czy jest to działanie specyficzne, a więc

wpływające na określony proces związany z determinacją płci, czy

niespecyfiezne, a więc wpływające na pewne ogólne procesy, których

zmiana prowadzi do zróżnicowania płci w ściśle określonym kierunku.

Oczywiście, różnica między działaniem specyficznym a

niespecyficznym jest płynna. Przeważa pogląd, i wydaje się on

bardziej uzasadniony, że działanie to jest niespecyficzne, a więc,

że heterochromatyna działa na ogólne procesy rozwojowe we wczesnym

okresie płodowym, wpływając na procesy wzrostowe komórek, na rytm

podziału komórek oraz metabolizm komórkowy.

U człowieka prześledzono wpływ ilościowy heterochromatyny

chromosomów X i Y na wiele cech fenotypowych: szczegółowe badania

prowadzono nad poziomem inteligencji, wzorem listewek skórnych

opuszek palców oraz nad wzrostem. Polani (1969) stwierdził, że

obecność każdego dodatkowego chromosomu X powoduje zmniejszenie

ogólnej liczby listewek skórnych o ok. 30, natomiast obecność

dodatkowego chromosomu Y tylko o ok. 20 listewek. Wpływ dodatkowych

chromosomów płciowych na podwyższenie wzrostu jest niezaprzeczalny,

przy czym silniejszy jest wpływ chromosomu Y. Najlepszą ilustracją

dla tego stwierdzenia są mężczyźni XYY, których najbardziej

charakterystyczną cechą jest wysoki wzrost.

ZESPÓŁ KLINEFELTERA

Zespół Klinefeltera występuje u osobników męskich i charakteryzuje

się niepłodnością, eunuchoidalnymi proporcjami ciała oraz

dysgenezją jąder (ryc. 32).

W 1956 r. kilku pracujących niezależnie od siebie badaczy wykazało,

że w przypadkach zespołu Klinefeltera stwierdza się w komórkach

chromatynę

Xgla+! Xg#a+?

Xg(a-))#Xgla+; Xg;a+) M.F

Deuteronopia

Ryc. 32. a - Zespół Klinefeltera u pacjenta M. E. (w środku) z

kariotypem 47,XXY; #obok jego dwaj normalni bracia. U obu braci

stwierdzono deuteranopię natomiast w przypadku zespołu Klinefeltera

widzenie barw było prawidłowe. Wiek chłopców 14, 12 (M. E.) oraz 8

lat; b - drzewo genealogiczne rodziny M. E. Proband zaznaczony

strzałką. U obu braci probanda autor stwierdził deuteranopię

natomiast proband i jego rodzice mają prawidłowe widzenie barw.

Ponieważ obaj bracia mają deuteranopię, natomiast u jednego z nich

stwierdzono grupę krwi Xg(a-), a u drugiego Xg(a-#), wskazuje to na

rekombinację pomiędzy genami grupy krwi Xg oraz widzenia barw.

cji oraz wzajemnych odległości pomiędzy genami umiejseowionymi w

chro- #mosomie X. Pozwoliła ona również na przeprowadzenie analizy,

jakiego po- chodzenia - matczynego czy ojcowskiego - jest chromosom

X w przypad- ku aberracji chromosomalnych, takich jak 45,X,

45,X/46,X, i(Xq) - izochro- mosom ramion długich X, lub 47,XXY.

T a b e I a 9. Pochodzenie dodatkowego chromosomu X w przypadkach

z kariotyůpem 47,XXY

Grupa Xg Pochodzenie dodatkowego

ojca matki 47,XXY chromosomu X

matczyne

-.# ojcowskie

+ nie wyjaśnione

Badania wykorzystujące grupę Xg jako znacznik genetyczny, pozwoliły

ńa wykazanie pochodzenia chromosomów X w wielu przypadkach zespołu

Klinefeltera. Przypadki zespołu Klinefeltera z kariotypem 47 XXY

można podzielić na dwie grupy, zależnie od pochodzenia ich

chromosomów X: XmatX#n.atY Iub X#n.atXpatY (tab. 9). Obecność dwóch

matczynych chromosomów - X#n.atX7n,atY wskazuje na nierozdzielność

chromosomów płciowych w czasie oogenezy, natomiast obecność

ehromosomu płciowego X ojca - Xnz.atXpatY, wskazuje na defekt w

czasie spermatogenezy, gdyż zarówno chromosom X, jak i Y pochodzą

od ojca.

WIEK RODZICbW

Lenz, który zebral dane dotyczące ponad 100 przypadków zespołu

Klinefeltera z pozytywną chromatyną płciową, stwierdził, że wśród

dzieci matek starszych, zwłaszcza powyżej 40 roku życia, częstość

zespołu Klinefeltera wynosi aż 14,7#/o. Wykazał on również, że

więcej pacjentów, niż można by się tego spodziewać, znajdowało się

wśród rodzeństwa młodszego wiekiem.

Stwierdzenie starszego wieku matek oraz ojców, jak również faktu,

że paůcjenci byli często ostatnimi dziećmi w rodzeństwie, jest

zgodne z obserwacjami wielu autorów. Mogą istnieć dwa wytłumaczenia

tego stanu rzeczy: 1) wzrastająca tendencja do nierozdzielności w

czasie oogenezy, wraz ze wzrastającym wiekiem matek, 2) wzrastająca

tendencja do nierozdzielności w czasie spermatogenezy, wraz ze

wzrastającym wiekiem ojców. Dane dotyczące znaczenia wieku ojców są

zbyt skąpe, aby można było wypowiedzieć się na temat jego wpływu na

powstanie zespołu Klinefeltera, a tym samym określić, w jakim

stopniu powstanie tego zespołu jest spowodowane zaawansowanym

wiekiem matek, a w jakim starszym wiekiem ojców.

###czv#N# xx

Dzięki badaniom cytogenetycmym wyodrębniono grupę mężczyzn z

normalnym kariotypem żeńskim 46,XX. Pomimo żeńskiego kariotypu

mężczyźni ci mają geny determinujące rozwój pierwotnej gonady w

kierunku męskim albo w wyniku translokacji części ramion krótkich

chromosomu Y do chromosomu X, albo na skutek mutacji genetycznej,

która hajczęściej występuje rodzinnie. Etiologia tych przypadków

jest całkowicie różna od etiologii zespołu Klinefeltera, lecz pod

względem budowy, stanu narządów płciowych i histolog gonad nie

różnią się one lub różnią jedynie nieznacznie od zespołu

Klinefeltera. Większość mężczyzn, u których stwierdzono kariotyp

żeński 46,XX, była na podstawie badania klinicznego oraz obrazu

histologicznego jąder klasyfikowana do zespołu Klinefeltera.

Dopiero po stwierdzeniu żeńskiego kariotypu 46,XX starano się

znaleźć różnice pomiędzy tymi przypadkami a typowymi przypadkami

zespołu Klinefeltera. Różnice te są zbyt małe, aby można było mówić

o typowo odmiennym od zespołu Klinefeltera z kariotypem 47,XXY

obrazie klinicznym mężczyzn XX (ryc. 35). Również czynność

hormonalna tych paejentów jest taka sama, jak w zespole

Klinefeltera z kariotypem 47,XXY. Wykrycie mężczyzn z kariotypem

żeńskim 46,XX wniosło nowe fakty do badań nad determinacją i

różnicowaniem płci. Nie poznaliśmy jednak w pełni etiologii tej

anomalii rozwoju płciowego, czego dowodem może być kilka hipotez

dotyczących rozwoju fenotypu męskiego u osobników z garniturem

chromosomalnym żeńskim 46,XX, a mianowicie: 1. Nie wykryta mozaika

z linią komórkową mającą chromosom X. 2. Translokacja części lub

całego chromosomu Y do innego chromosomu. 3. Utrata chromosomu Y we

wczesnym okresie rozwoju zarodka z kariotypem 47,XXY. 4.

Wykazywanie defektu chromosomalnego nie jest konieczne do

wytłumaezenia patogenezy mężczyzn XX. Powstanie tej anomalii może

być wynikiem mutacji genu związanego z różnicowaniem płciowym, a

umiejscowionego na chromosomie nr 6, z którym sprzężony jest gen

strukturalny kodujący antygen H-Y; lub genu kontrolującego

produkcję antygenu H-Y, który sprzężony jest z chromosomem X. W

świetle opublikowanych ostatnio danych wydaje się, że przyczyną

powstania zespołu mężczyzn XX jest, w wielu przypadkach,

translokacja części terminalnej ramion krótkich chromosomu Y na

chromosom X. Evans i wsp. w 1979 r. wykazali bowiem, że u 8 na 12

badanych mężczyzn z kariotypem 46,XX występuje translokacja

pomiędzy końcami ramion krótkich chromosomów X i Y (translokacja

Yp#Xp). Ostatnio metodą hybrydyzacji i# situ (sonda pD105)

potwierdzono translokację Yp na Xp u mężczyzn XX (An#derson 1986).

Również czwarta z wysuwanych hipotez znajduje potwierdzenie,

szczególnie w badaniach przypadków mężczyzn XX występującyeh

rodzinnie. Badania ostatnich lat wykazały więc, że różne przyczyny

mogą prowadzić do powstania mężczyzn z żeńskim kariotypem 46,XX.

Istotne okazało się również oznaczenie u mężczyzn XX antygenu H-Y,

które wykazało, że stężenie jego jest takie jak u normalnych

mężczyzn XY, lub jedynie nieznacznie zmniejszone, co wskazuje na

genetyczną etiologię tego zespołu. Obszernego przeglądu mężczyzn z

kariotypem 46,XX dokonał de la Chapelle. Stwierdził on, że średnia

wzrostu w populacji mężczyzn XX jest niższa od średniej wzrostu w

populacji normalnych mężczyzn lub zespołu Kli

Ryc. 35. Mężczyzna z kariotypem 46,XX stwierdzonym w krwinkach

bialych oraz w komórkach skóry i jąder: a - mężczyzna XX (Z. W.) w

wieku lat 32. Zwraca uwagę męska budowa paejenta; b - zewnętrzne

narządy płciowe; c, d = obraz histologiczny jąder.

nefeltera z kariotypem 47,XXY. Stan kliniczny pacjentów, obraz

histologiczny jąder oraz wydzielanie hormonów płciowych są podobne

jak w zespole Klinefeltera lub w zespole del Castillo. Częstość

występowania osobników męskich z kariotypem XX wynosi ok. I :25 000

noworodków. Męski rozwój pł„owy z obecnośeią żeńskiego kariotypu

opisano nie tylko

u człowieka, lecz również u kóz, świń oraz myszy. Występowanie tej

ano- malii u kóz jest związane z obecnością autosomalnego,

recesywnego genu Po- lled w stanie homozygotycznym, natomiast u

myszy z #becnością autosomal- nego, dominującego genu Sxr.

M#ŻCZYŹNI XYY

Jacobs i wsp. (1965 r.) stwierdzili wśród mężczyzn przetrzymywanych

w zakładach zamkniętych z powodu swego agresywnego zachowania ponad

2o/o osobników z kariotypem 47,XYY, a więc z dodatkowym chromosomem

Y. Byli oni mężczyznami o wysokim wzro#cie i o agresywnym

zachowaniu (wrogi stosunek do otoczenia, pobicia, drobne

przestępstwa). Badaniem ogólnym stwierdzono u nich prawidłowy

rozwój wszystkich cech męskich, a więc prawidłową męską budowę

ciała oraz owłosienie lonowe i klatki piersiowej typu męskiego;

zewnętrzne narządy płciowe były prawidłowo męskie, jądra

prawidłowej wielkości i konsystencji. Na podstawie powyższych

obserwacji Jacobs i wsp. (1965 r.) sugerowali, że obecność dwóch

chromosomów Y predysponuje do nieprawidłowego, agresywnego

zachowania. Problem ten wzbudził i nadal wzbudza wiele

kontrowersji, zarówno medycznych, jak i etycznych. Wiadomo bowiem,

że tylko czgść osób z kariotypem 47.XYY wykazuje agresywne

zachowanie, natomiast większość z nich prowadzi normalne życie, a

jedyną cechą występującą u wszystkich jest wysoki wzrost, który

wynosi najczęściej od 180 do 186 cm. Nie#tórzy lekarze i

psycholodzy są więc zdania, że w razie stwierdzenia kariotypu

47,XYY nie powinno się informować o tym ani badanego, ani jegn

rodziców, by nie spowodować zaburzeń w jego adaptacji społecznej i

osobistej. Należy jednak jasno stwierdzić, że u wszystkich osób z

kariotypem 47,XYY ujawniają się pewne eharakterystyczne cechy

osobowości, które mogą prowadzić do nieprawidłowego zachowania. Są

to: 1) zwiększona pobudliwnść emocjonalna, 2) zmniejszone panowanie

nad emocjami, 3) zmniejszona zdolność pokonywania strachu i obaw,

4) brak pełnej dojrzałości psychicznej, charakteryzujący się

istnieniem wielu cech infantylnych. Większość mężczyzn XYY jest

płodna. W pojedynczych przypadkach stwierdza się zaburzenia

spermatogenezy, niedorozwój zewnętrznych narządów płciowych oraz

hipogonadyzm. Częstość występowania kariotypu 47,XYY wynosi u

noworodków 1:1000.

KOBIETY XXX

Pierwszy przypadek z kariotypem 47.XXX (ryc. 36) został opisanv

przez Jacobs i wsp. w 1959 r.; była to kobieta z wtórnym brakiem

miesi#czki, u której nie stwierdzono żadnych innych anomalii

płciowych, cielesnych lub też w rozwoju umysłowym. Jako ciekawostkę

warto wspomnieć, że już wcześniej badaeze przewidywali istnienie

kariotypu z trzema chromosomami X i spodziewawszy się znaleźć taki

kariotyp wśród nsób o wybitnie knbiecych cechach (super female)

pod,jęli badania cyto#enetyczne wśród aktorek i statystek

filmowych. Badania te doprowadziły też nieoczekiwanie do wykrycia

kilku przypadkńw z kariotypem 46,XY, rozpoznanych jako zespół

feminizujących jąder (zespół nie

wrażliwości na androgeny). Można też dodać, że kobiety XXX

bynajmniej nie odznaczają się ani szczególną urodą, ani

prawidłowością w hormonalnej czyn= ności jajników.

U kobiet z aberracją chromosomalną XXX nie wykryto żadnych

charakterystycznych zmian somatycznych, które ułatwiłyby

rozpoznanie kliniczne. Jedynie w niektórych przypadkach stwierdzono

zaburzenia miesiączkowania, wtórny brak miesiączki, przedwczesną

menopauzę oraz niski stopień inteligencji. U dzieci tych kobiet,

wbrew przewidywaniom, rzadko stwierdza się aberracje ehromosomałne.

Można bowiem było przypuszczać na podstawie kariotypu matek 47,XXX,

że część komórek jajowych (gamet) musi mieć po jednym, a część po

dwa chromosomy X. Brak anomałii chromosomalnych u potomstwa kobiet

XXX można tłumaczyć mechanizmem, który sprawia, że w procesie

mejozy oocyt II rzędu z dwoma chromosomami X staje się ciałkiem

kierunkowym, natomiast dojrzewa jedynie prawidłowy oocyt II rzędu

z jednym chromosomem X. Częstość występowania kariotypu 47,XXX

wynosi u noworodków 1:1000.

ZESP6Ł TURNERA

Zespół Turnera chnrakteryzuje się występowaniem u kobiet niskiego

wzrostu, aplastycznych dysgenetycznych gonad, infantylnych narządów

płciowych oraz licznych wad somatycznych, takich jak płetwistość

szyi, koślawość łokci, wady wrodzone układu moczowo-płciowego,

krążenia i inne (ryc. 37). Badanie cytogenetyczne wykazuje

najczęściej kariotyp 45,X lub mozaikę 45,X/ /46,XX.

Ryc. 36. Kariotyp 47,XXX w badaniu fluorescencyjnym.

Ryc. 37. u - przypadek zespoiu Turnera w wieku lat 18. Zwraca uwagę

niski. wzrost oraz charakterystyczna sylwetka z puklerzowatą klatką

piersiową. Nieznaczny rozwój piersi i owłosienie łonowe wystąpiły

po leczeniu hormonalnym; b - płetwista szyja, niskie zarastanie

włosów na karku i liczne znamiona barwnikowe na plecach; c -

skrócenie IV i V kości śródręcza; d - skrócenie IV i V kości

śródstopia dające w wyniku cofnięcie IV i V palca.

ETIOLOGIA I PATOGENEZA

Przyczyną powstania zespołu Turnera jest brak informacji

genetycznej drugiego chromosomu płciowego we wszystkich lub w

części komórek organizmu. Powoduje to spaczenie procesów

rozwojowych i wzrostowyeh komórek, co daje w wyniku wady wrodzone

w obrębie tkanek i narządów.

Wiadomo, że zmiany, które charakteryzują zespół Turnera, dotyczą

przede -wszystkim gonad, kości oraz tkanki łącznej. Milcou i wsp.

wykazali, że zmiaů:ny histopatologiczne występujące w kościach osób

z zespołem Turnera są podobne, choć nie tak nasilone, jak te, które

stwierdza się w achondroplazji, #co wyjaśnia, dlaczego wzrost tych

osób jest niski, pomimo dużej lub normalnej zawartości hormonu

wzrostu. Na podstawie powyższych danych można uważać, że

nieprawidłowości -stwierdzane w zespole Turnera, zarówno

somatyczne, jak i gonadalne, mają :swe źródło we wspólnym defekcie

tkanek pochodzenia mezodermalnego, takich jak kości, tkanka łączna

oraz komórki somatyczne gonady, zarówno folikularne, jak i

mezenchymalne. Informacja genetyczna dwóch ehromosomów X lub jeśli

zaakceptować hipotezę Hamertona (1969 r.) o znaczeniu

heterochromatyny - regulującej wpływ drugiego heteroehromatycznego

chro:mosomu płciowego - są konieczne do prawidłowego przebiegu

procesów odgrywających podstawową rolę w rozwoju i funkcjonowaniu

tkanek po-chodzenia mezodermalnego. Brak tej informacji i

zaburzenie tych procesów .jest przyczyną powstania zespołu Turnera.

#BADANIA CYTOGENETYCZNE

#Badania cytogenetyczne wykazały, że zespół Turnera jest

spowodowany mo.nosomią chromosomu X całkowitą - kariotyp 45,X, lub

częściową - mozaika 45,X/46,XX i podobne, albo aberracjami

strukturalnymi jednego z ů#hromosomów X, najczęściej w postaci

delecji ramion krótkich lub długich tego chromosomu. Jeżeli jednak

delecja ramion krótkich chromosomu X pro:wadzi zawsze do

wystąpienia objawów zespołu Turnera, to delecja ramion ługich tego

chromosomu, w postaci kariotypu 46,XX,de1(Xq) lub 46,X,i(Xp), ,może

prowadzić tylko do uformowania się aplastycznych gonad, przy

zachowaniu normalnego wzrostu i braku innych objawów somatycznych

zespołu #Turnera. W większości przypadków zespołu Turnera nie

stwierdzono chromatyny płciowej. Prawie we wszystkich tych

przypadkach badania cytogenetyczne wykazały brak jednego chromosomu

płciowego i kariotyp 45,X. Pacjentki z tym #kariotypem stanowią

największą grupę przypadków zespołu Turnera. Drugą grupę stanowią

pacjentki z pozytywną chromatyną płciową, u których najczęściej

stwierdza się mozaikę chromosomalną 45,X/46,XX. Przypadki z

kariotypem 45,X są zwykle bardziej upośledzone pod wzglęůńem

klinicznym niż przypadki, w których występuje drugi chromosom X,

#chociażby w części komórek (mozaika 45,X/46,XX). Rozdwojenie

aorty, płetwistość szyi oraz inne wady są najczęściej stwierdzane

wśród pacjentek z ka#iotypem 45,X. Wprowadzenie prążkowych technik

cytogenetycznych pozwoliło na dużo #aęstsze stwierdzanie aberracji

strukturalnych chromosomu X u pacjentek z zespołem Turnera. Na

przykład, autor w prowadzonych przez siebie badaniach stwierdził

wśród 104 badanych przypadków zespołu Turnera w: 61 przypadkach

kariotyp 45,X oraz brak chromatyny płciowej X; 22 przypadkach

mozaikę chromosomalną 45,X/46,XX, częstość występowania chromatyny

płciowej X od 6 do 32#!!#; 4 przypadkach mozaikę chromosomalną

45,X/46,XY oraz brak chromatyny płciowej X ; 1 przypadku mozaikę

chromosomalną 45,X/47,XYY oraz brak chromatyny płciowej X ;

ftyc. 38. Kariotyp 46,XX,de1(Xp) (wg Boczkowskiego i Mikkelsen)

6 - Z.arys genetyki

# przypadku normalny kariotyp męski 46,XY oraz brak chromatyny

płcio- wej X ; 15 przypadkach aberracje strukturalne chromosomu X,

w tym w: - 3 przypadkach kariotyp 46,XX,de1(Xp) - delecja ramion

krótkich chro- mosomu X (ryc. 38}, chromatyna płciowa X - 0, 16,

20o#o;

ttve. 39. Kariotyp 46,X,i(Xq) (wg Boczkowskiego i Mikkelsen) 82

Ryc. 40. Kariotyp 46,X,dup(X) (qter # pll : :qll -# qter) (wg

Boczkowskiego i Mik- kelsen).

Ryc. 41. Kat#otyp 46,X,dup(X) (qter -# g21: :q21 --ł qter) (wg

Boczkowskiego i lVlik- kelsen). - 2 przypadkach kariotyp

46,XX,de1(Xq) - deleeja ramion długich chromosomu X, chromatyna

płciowa X - O,Oo/o; - 2 przypadkach kariotyp 46,X,i(Xq) -

izochromosom ramion długich chromosomu X (ryc. 39), chromatyna

płciowa X - 10, 14o/o; - 2 przypadkach kariotyp 46,X,dup(Xq) -

duplikaeja części ramion długich chromosomu X (ryc. 40 i 41),

chromatyna płciowa X - 12, 29oi'o; #- 2 przypadkach mozaikę

chromosomalną 45,X/46,X,r(X) - kolisty chromosom X, chromatyna

płciowa X - 0,5o/o; - 1 przypadku kariotyp 46,dic i(Xq) -

dicentryczny izochromosom ramion długich X, chromatyna płciowa X -

20o/o; - 3 przypadkach mozaikę chromosomalną 45,X/46,X,dic i(Xq) -

chromatyna płciowa X - 14, 17, 32o/o.

Ryc. 42. Prążki QFQ oraz RBA u pięeiu pacjentek z następująeymi

aberracjami chromosomu X: 4B,X, i(Xq); 46,X, i(Xq); 49,XXX;

4B,X,dup(X) (qter # pll : :qll # qter) ; 46,X,dvp(X) (qter # p21:

: q21 -# qter) (wg Boczkowskiego i Mikkelsen).

We wszystkich przypadkach z aberracjami strukturalnymi chromosomu

X nieprawidłowy chromosom X był późno replikujący (ryc. 42 i 43).

Badania te pozwolżły również na podzielenie przypadków zespołu

Turnera pod wzglę

Ryc. 43. Prążki QFQ, RBA i CSG u czte- rech pacjentek z

następująeymi aberracja- mi chromosomu X : 4B,X,dic i (Xq) (pll) ;

45,X/46,X,dic i(Xq) (pll); 45,Xl46,X, dic i(Xq)(pll); 45,X/46,X,dżc

i(Xq)(pll) (wg Boczkowskżego i Mikkelsen). dem cytogenetycznym na

cztery grupy (kolejność według częstości wyst2powania) : 1)

przypadki z monosomią całkowitą chromosomu X - kariotyp 45,X 2)

przypadki z monosomią ezęściową chromosomu X - mozaicyzm 45,

X/46,XX, 3) przypadki z aberracjami strukturalnymi chromosomu X,

4) przypadki z obecnością chromosomu Y.

Nie udało się stwierdzie, jaki czynnik czy też czynniki

etiologiczne powodują powstawanie „berraeji chromosomalnych

będących przyezyną zesoołu Turnera. Nie wykazano rodzinnego

przenoszenia tej anomalii. Opublikowano jedynie poje-dyneze

doniesien:a o występowaniu zespołu Turnera wśród rodzeństwa.

Opisano również kilka rodzeństw, u których stwierdzono #vystąpienie

zarówno przypadków zespołu Turnera, jak i Klinefeltera. Wskazu#A to

na rodzinną predyśpozycję do nieroz#zielnoś„ chromosomów płciowych

w komórkach płciowych ich rodziców. Nie stwierdzono starszego wieku

matek lub ojców pacjentek z zespołem Turnera; stwierdzono natomiast

częstsze występowanie tego zespołu wśród dzieci urodzonych przed 21

rokiem życia matki. Częstość występowania kariotypu #5,X wynosi u

noworodków 1:10 000. Ponieważ kariotyp 45,X wyśtępuje w blisk#

połowie przypadków zespołu Turnera, można przyjąć, że częstość

występowania tego zespołu wynośi 1:#000 noworodków, czyli 1:2500

noworodków płci żeńśkiej.

P#CHODZEl#IE CHROMOSOMU X

Badanie grupy krwi Xg u pacjentki z zespołem Turnera i kariotypem

45,X oraz u jej rodziców pozwala niekiedy na stwżerdzenie, czy

chromosom X w przypadku zespołu Turnera pochodzi od ojca, czy matki

(tab. 10).

T a b e 1 a 10. Pochodzenie chromosomu X w przypadkach z kariotypem

45,X

Grupa Xg Pochodzenie chromosomu #

ojca matki 45,X

matezyne ojcowskie

:iie wyjaśnione

Jeśli pacjentka z objawami zespołu Turnera i kariotypem 45,X ma

antygen grupy Xg, co oznaczamy symbolicznie Xg(a-I-), i taką samą

grupę krwi Xg(a+) ma jej matka, matomiast u ojca brak jest tego

antygenu, to cfZromosom X pacjentki jest pochodzenia matezynego, a

brak jest chromosomu płciowego pochadzenia ojcowskiego (ryc. 44).

Gdyby w przedsta#vionym powyżej przykładzie ojciec był, podobnie

jak matka i córka, Xg(a-f-), to ůnie można byłoby wysunąć wniosku

co do pochodzenia chromosomu X u córki. Istnieją jeszeze inne

możliwości wystąpienia tej grupy. Zarówno ojciee, iak i matka mogą

być Xg(a-I-), natomiast ich dziecko z kariotypem 45,Y iest Xg(a-).

Ponieważ obecność antygenu Xg jest cechą dominującą matka uia

. 9 a

# c' =:5 '.c,a'# c #=-c zes^ól ##; "F,

##lr.4

á5#c. 44. árze#i,o genealog:czne przypadku zespolu Turnera z

kariotypem 4:i.X; auter stwierdził, że chromosom X jest tutaj

pochodzenia matezynego, a brak ::atumiast chrosnosornu płcio#vego

poehodzenia ojcowskiego. Poniżej symboli poetano ů## iels osób.

Gvnia#ąca tc;n antygen, a ##ięc bgdąca fenotypowo Xg(a=#), jest

genotypowo `;g(a # ; Xg(a-). Oznacza tc;. że w jednym z jej

ehromosomów X jest allel źg(a7-) odpowiedzialny za wytwarzanie

an2ygenu Xg, natomiast allel dru#i#go chromosomu X jest Yg(a-).

Ponieważ ojcier o fenotypie Xg(a-i-) ma #-lko jeden chI-omosom

płciowy X, więc w obrębie tego jednego chromosomu #i musi być

umiejsco##.#iony gen odpowiedzialny za wytwarzanie ant#-genu Xg.

,Teżeli wige ciziecko tych rodziców jest Xg(a-), to jego jedyny

chromosom X jest pochodzenia matezynego. W sytuaeji, gdy matka jest

X#(a#-), ojciec Xg(a-), a dziecko z kariotypem #+,5X jest

fenotypowo Xg(a-), nie można wysunąć żadnych wniosków co do

pochodzenia jego chromosor:zu X. Jeżeli bowiem matka jest

heterozygotą w stosunku do tej ceehy, a wige #enotypowo Xg(a-f-)

Xg(a-), to chromosom X może być zarówno pochodzenia matezynego, jak

i ojcowskiego.

#ZYSTA #Y#GENEZ#A GON:##l

Czysta dysgenezja gonad charakteryzuje sig #i#ystępowaniem u kobiet

aplastyc,nych gonad i towarzyszących im cech w postaci

eunuchoidalnej budow,y ciała oraz braku rozwoju piersi bez innyeh

anomalii somatycznych opisywanych w zespole Turnera. takich jak

niski wzrost czy inne wady udowv ciała. Jest to ##-igc zespół

związany jedynie z brakiem produkeji horn,onalnej gonad, i to

zarówno w okresie płodowym, jak i życia osobniczego, co zgodnie z

doświadezeniami Josta prowadzi do rozwoju eunuchoidalnego fenotypu

żeńskiego, niezależnie od kariotypu pacjentki. LT przeważającej

większości ko#iet z czystą dysgenezją gonad stwierdza sie więc

normalny kariotyp albo żeński, albo rzadziej męski; w obu grupach

przypadków stwierdzono rodzinne wystgpowanie. Jeclynie w

pojedynezveh przypadkach występują aberracje liczbowe lub

strukturalne chromosomu płciowego X czy Y, najezęściej w postaci

mozaiki 45 X!46,XX I,.zb kario# 'pu #S X,del(Xq), albo kariotypu

47.XYY lub 46,X,de1(Yp) Przeprowadzone przez aL:tora porównanie

fenotypu pacjentek z kar;nty= uem żeńskim i mgskim nie ##,vkazało

istotnych różnic w ich stanie klini#znym i fenotypie, z wyjątkiem

wzrostu. Średnia wzrostu pacjentek z ka#,iotyp#m 46,XX była bowiem

o 6.1 cm niższa od średniej wzrostu pacjentek z kariotypem 46,XY.

co wskazuje na genetyczny wpłycv chromosomu Y na ##rzrost, nie

związany z cz##nnością jąde:. W przypadkach czystej dysgenezji

gonad z kariotype:ůn żeńskim 46,XX nie s2#;#ieraza się obecności

antygenLz H-Y. Przypadki z kariotypem 46,XY można natomiast

podzielić na mające antygen H-Y oraz pozbawione tego anty

genu. Osoby z antygenem H-Y miały prawdopodobnie przez krótki i

wezesny okres życia płodowego tkankę jądrową, która całkowicie

później zanikła. Przypadki te nie występują rodzinnie, a przyczyną

ich powstania mogły być różne czynniki teratogenne, w bardzo

wezesnym okresie uszkadzające jądra p#odowe. Natomiast przypadki z

kar#otypem 46,XY, które nie mają antygenu H-Y, występują często

rodzinnie, co.świadezy o tym, że przyczyną ich występowania nie

jest czynnik teratogenny, leez mutacja genu znajdującego się w

chromosomie X lub autosomie, gdyż cecha ta jest przenoszona pizez

fenotypowo normalne kobiety na ich genetycznie męskie potomstwo.

Simpson i wsp. (1981) wykazali, że oprócz rodzin, w których czysta

dysgenezja gonad XY jest dziedziczona jak# cecha reeesywna

sprzężona z chromosomem X, istnieją również rodziny, w których jest

ona dziedziczona jako cecha recesywna autosomalna; ograniczona do

płci męskiej.

ZESPÓŁ NIEWRAŹLIWOŚCI NA ANI#ROGENY

Jednostką kliniuną nie związaną z aberracjami chromosomalnymi jest

również zespół niewrażliwości na androgeny, nazywany dawniej

zespołem feminizują#ych jąder, w którym stwierdza się normalny

kariotyp rnęski u pacjentek o żeńskńm fenotypie, z dobrym rozwojem

piersi i kobiecymi zewnętrznymi narządami płciowymi. Badania

prowadzone w ciągu ostatnich kilku lat dostarezyły przekonywających

dowodów na to, że defekt powodujący brak wpływu androgenów w tym

zespole jest wywołany zaburzenżami syśtemów stanowiących pośrednie

ogniwo w działaniu testosteronu lub jego pochodnych na docelowe

akceptory. Tak więc w zespole tym jądra wydzielają wyśtarezające do

maskulinizaeji ilości androgenów, jednak androgeny te nie zostają

zużytkowane przez organizm. Przyezyną zaburzeń jest w ezęści

przypadków defekt eytoplazmatycznego białka receptorowego, które w

obrębie komórki przekazuje z kolei cząsteczki androgenów do

receptorów jądrowych; w części pr#ypadków natomiast, pomimo

obecności prawidłowego cytoplazmatycznego białka receptorowego, nie

dochodzi do wply#vu hormonu na akeeptor jądrowy. Takim akceptorem

jądrowym może być albo białkowy represor, który po połączeniu się

z testosteronem traci swoje hamujące działanie, albo odpowiedni

odeinek DNA chromosomu. Zespół ten, spowodowany mutacją genetyczną,

jest przenoszony przez fenotypowo normalne kobiety na ich

genetycznie męskie potomstwo, jako eecha dominująca autosomalna

ograniczona do płci męskiej, lub jako cecha recesywna sprzężona z

chromosomem X. Analiza rodowodów, w których stwierdzono wiele

pacjentek z tym zespołem, nie pozwoliła, jak na razie, na

określenie, która z powyższych hipotez dotyczących jego

dziedziczenia jest słuszna. Badania myszy, wśród których również

występuje taki zespół, pozwnliły jednak na stwierdzenie, że jest on

dziedziczony jako cecha recesywna sprzężona z chromosomem X, #o

wobec dużego podó#ieństwa roli chromosomu X u ssaków pozwala

przypuszezać, że ten typ dziedziczenia występuje również u l,.xdzi.

Zostało to ostatecznie potwierdzone umiejscowieniem genu

odpowiedzialnego za wytwarzanie specyficznego eyt#plazmatycznego

białka receptorowego w stosunku do an#r#genów w części

przycentromerowej ramion krótkich chromosomu X człowieka.

#ODSUMOWANIE

Cyto#enetyka człowieka w pierwszym o#sresie swojego rozwoju

dokonała szezególnie dużego postępu w badaniu aberracji chromosomów

płeiowych. Badania te pozwoliły na stwierdzenie, że zespół Turnera

jest spowodowany monosomią chromosomu X, cał:rovcńtą (:tariotyp

45;X) lub częściową (mozaika 45,X/46,XX i po#obne) albo aberracjami

strukturalnymi jednego z chro#nosomów X. #V ze.spole Klinefeltera

badania eytogenetyczne wykazały, że jest on spowodowany obecnością

jednego lub kilku dodatkowych chromosomów X przy jednoćzesnym

iśtnieniu chromosomu Y (.kariotyp 47,XXY, mozaika 46.XX/47,vXY i

inne). Badania cytog#netyczne pozwoliły na określenie etiologii

chromosomalnej wielu innych przypadków nieprawidłowej determinacji

i różnicowania płci oraz na sprecyzowanie mechanizmu genetycznej

determinacji płci, w którym decydującą rolę odgrywa męski chromosom

Y. Określenie grupy krwi Xg, której gen jest umiejscowiony w

chromosomie X, umożliwia przeprowadzenie analizy, jakiego

pochodzenia jest chromosom X w przypadkach aberraeji

chromosomalnych, takich jak 45,X, 47,XXY i podobne. Chromatynę

płciową możemy podzielić na stwierdzaną w jądrach komórek żeńskich

chromatyn#,płciową X oraz na stwierdzaną w jądrach komórek męskich,

jasno fluoryzującą grudkę nazywaną ciałkiem Y. Szybki postęp w

badaniu aberracji chromosomów płciowych był możliwy dzięki

pomocniczemu testowi chromatyny płciowej X, który jako proste,

wstępne badanie diagnostyczne pozwolił na wyłowienie z wielkich

populacji nielicznych stosunkowo przypadków nieprawidłowej

determinacji płci. Z drugiej strony analiza cytogenetyczna

potwierdziła oraz wyjaśniła weześniejsze badania nad występowaniem

negatywnej chromatyny płciowej X w przypadkach zespołu Turnera oraz

pozytywnej w przypadkach zespołu Klinefeltera. Istnieją również

zespoły nieprawidłowego rozwoju płciowego, takie jak czysta

dysgenezja gonad lub zespół niewrażliwości na androgeny, które są

spowodowane nie aberracjami chromosomalnymi, lecz mutacjami

genetyćznymi. #. .,#berra#je autosoma####

Krzysztof Boczkot,uski.

#a;c:zęściej stwierdzanymi aberracjami autosoznalnymi s# trisomie,

które powodują nieprawid#owości w rozwoju osobnika wskutek nadmiaru

materiału genetycznego. Do chwili obecnej nie opisano natomiast

osobnika z calkowitą monosomią któregoś z autosomów, gdyż ma to

skutki letalne, z wyjątkiem nien;owląt z monosomią 21, które zwykle

nie żyją dłużej niż kiika minsięcy. Należy zdać sobie sprawę, że na

ogół żadna anomalia fenotgpowa nie występuje wyłącznie w jednym

zespole chromosomalnym lecz że każdy z nich charakteryzuje się

współistnieniem wielu anomalii, które z większą częstością

występują właśnie w danym zespole chromosomalnym.

Mażna jednak stwierdzić, że pewne charakterystyczne objawy

wysżępuja tak rzadko w żnnych zespołach chorobowych, że są one

charakterystyczne tylko dla określonego zespolu. Na przyklad dla

zespołu delecji 5p - charakteryst5#ezny jest płacz przypominający

miauczenie kota* oraz przedwezesne si

##;%#:; Niederozwój un,:ysT#wyt.#. Wrcdz#ne waly serc#

Ryc. 4:i. Wspólne objawy występujące w trżsomiach autosomalny ch

(## # Vogela i #1otulskiego).

* #tąd francuska nazwa zespołu - cri du chat.

wienie włosów. Natomiast dla trisomii chromosomów nr 13

c#arakterystyczna jest polidaktylia rąk i stóp oraż przetrwanie

hemoglobiny płodowej (HbF). Dla trisomii 18 charakterystyczne jest

zachodzenie drugiego palca ręki na trzeei, a piątego na czwarty. U

prawie wszystkich osób z aberracjami autosomalnymi v#ystępuje

natumiast większy lub mniejszy stopień niedorozwoju umysłowego (r5-

c. 45). Fakt ten nie wzbudzi zdziwienia, jeśli uświadomimy sobie,

jak bardzo skotnnlikowanym organem jest ośrodkowy układ nerwowy.

Również zmniejszenie wzrostu lub jego wyraźne zaburzeńia występują

w większośei zespołów chromosomalnych, z wyjątkiem trisomii

chromosomów nr 8 oraz trisom ramion krótkich chromosomów nr 20.

Dalsze charakterystyczne objawy to zniekształcenia czaszki i

twarzy. a zwłaszeza małżowin usznych, oraz wady serea. W niniejszym

rozdziale przedstawiono zespoły chorobowe, w których stwierdza się

anomalie autosomalne. Większość tych chorób, jak zespół "cri du

chat". zespół Patau„ lub zespół Edwardsa, zostala wyodrębniona

dzięki badanior#s eytogenetycznym. Natomiast najezęściej #i-

ystgnującym i ma;ącym naj###iększe znaczenie kliniczne jest zespół

Downa.

##SPÓł. DO##NA

##ajezęśeiej stwierdzanvnzi objawami zespolu Downa, oprócz

niedorozvvoiu umysłowego, są: niski wzrost, nieprawidło#x,e

;#roporeje ciała, skośne u# awienie s?par powiekowyeh z obecnością

zmarszezki nakątnej, obniżenie napięcia mięśniowega,

niepra#vid?owości zębów, duży, pobrużdżony język. wvsol:ie i wąskie

podniebien:e, krótki nos, krótka szyja, krótkie sz#rokie dłonie i

palce, charakterystyczne nieprawidłowości dermatoglifów oraz wiele

#;#ad wrodzonych narządów wewnętrznych (ryc. 46). Pomimo znacznego

upośledzenia umysłowego osoby te mają możliwość osiągniecia pewnegó

stopnia rnz

!diski #vżrost

Niedorozwój umysTowy PLnska potylica

Zniekszta Tcenin usz

Wiefe "p#tlic"na opuszkach palcow

MaTpia bruzda

#ednost^onny lub obustronny bruk jedne9o żebrc>

Zwężenia przewodu pokarmowego

Przepuklina pępkowa Wady wrodzrne macicy

Hipotonia mięśniowa

^uże palcel duży od5tgp pom:#dzy I i fl pc:!cnm stóp

Szercka i pTaska twarz

,,#"#; ##, ;n

t#, Skośne oczy

# Zmcrśżezka nokatnn

Krótki noś

MaTe i Tukowate podniebienie Duży,pobrużdżonyjęzyk Nieprawidlowości

uzębienia Krótf<ie i szerokie dTonie Wady wrodzone serca Cho; oba

Hirsehprun5n

:ttyc. 46. Głón#ne objawy k?in:czne zespoiu Don'na (wg Vog#ia i

lVlotu?:;kiego)

tu arzy

Rye. 47. Dwa przypadki zespołu Downa. Zwracają uwagę

charakterystycme rysy

Ryc. 48. Kariotyp 47,XY,+21 w badaniu fluoreseencyjnym (wg

Mikkelsen). woju umysłowego i występują u nich typowe cechy

charakterologiczne, takie jak pogodne usposobienie, dość dobrze

rozwinięty instynkt społeczny, zdolnośE do naśladownictwa, upór.

Nazwa zespołu, zwanego dawniej mflngolizmem, została mu nadana

przez #ego odkrywcę J. L. Downa, który w 1866 r. opisał grupę osób

niedorozwiniętych. Ponieważ wygląd ich sugerował pewne eechy

orientalne, Down nazwał stwierdzony przez siebie zespół mongolizmem

(ryc. 47). Zespół Downa został opisany zarówno w populacji narodów

europejskich, jak i u ludów Wsehodu oraz u Murzynów, pie ma więc

pow#du przypuszezać, że cechy zespołu Downa mają związek z rasą

mongolską. Zespół Downa jest dość rozpowśzechniony; częstość jego

w populacji ogólnej wynosi 1:800. Około l0o/o wszystkich ch#rych w

zakładach dla umysłowo upośledzonych przebywa z rozpoznaniem tego

zespołu. W 1959 r. Lejeune i wsp. udowodnili etiologię

chromosomalną zespołu Downa. Dalsze batlania cytogenetyczne

wykonane na dużych grupach pacjentów potwierdziły w pełni związek

zespołu Downa z obecnością dodatkowego chromosomu 21. Dodatkowy

chromosom występujący w zespole Downa określono jako chromosom 21

i chociaż późniejsze badania udowodniły, że jest

Ryc. 49. a - kariotyp 46,XY,-21,-f-t(21q;21q), b, c - chromosomy 19

-- 22 z innych komórek. Prążki G (wg Philipa).

to najmniejszy chromosom w #arniturze chromo omalnym człowieka, a

wiĘc ten, który powinien być określony jako 22, zachowano jego

numerację jako 21. Badania cytogenetyczne wykazały d#r#a zasadnicze

typy aberracji chromosc,malnych. I. Zespół Downa z prostą trisomią

21, z liczbą 47 chromosoznów (ryc. 48j. Dzieci te są zwykle

urodzone z matek w starszym wielsu. 2. Zespół Downa z translokacją

(ryc. 49). Chociaż u osób tych stwierdzamy 46 chromosomów, to

jednak podobnie jak w cytowanych powyżej przypaclkach z trisomią

21, występuje u nich nadmiar materiału #enetycznego w postacń

translokacji dodatkowego chromosomu 21 do innego akrocentrycznego

ehromosomu z grupy G lub D, tzn. trisomia z translokacją. Częstość

występowania trisomii chromosomu 21 wynosi u noworodków I:#o0.

Ponieważ w zespole Downa, opró#z najezęściej występującej trisomii

chromosomów 21, występują również inne aberracje chromosomów 21,

głównie w postaci translokacji, częstośe występowania zespołu Downa

jest oceni##na jako 1:#00 noworodków. Śmierte?ność osób z zespołem

Downa jest nieco wieksza niż osobników noz-malnych i dlatego

częstość występowania zespołu Downa w populacji ogólnej wynosi

1:800.

T#i. #NSLO##LJ # ZR6WN#OWA#f7NA

O translokacji zrównoważonej mciwimy wówezas, gdy posiadająca ją

osn'#a nie wykazuje zmian fenotypowych, gdyż ma pełny, prawidłowy

zespół genów (genom). Przykładem takiej translokacji może być matka

(lub ojciec) dziecka z zespołem Downa - określana jako nosicielka,

u której stwiezůdza się

Nosieielka

D 21I0 21

D D 21 Z1 D ilJD 21 21 D 21ID 21 D D 21 Normalny Ześpór Downa

Nosicielka A.ntymongol:z#

b c

Rye. 50. Sehematyczne przedstawienie aberracji chromosomalnych,

jakie nzo#4 ;7o# ##-stae u potomstwa matki z 45 chromosomami i

translolcacja 21/D (nosicielkal: a - prawidłowy garnitur

chromosomalny, osobnik normalny, b - obecnośe translokacji 21%D

oraz dwóch chromosomów nr 21, osobnik z z#społem Downa, c -

obecność translokacji 21/D podobnie jak u matki, osoba normalna,

będ#ca jednak nosicielką lub nosicielem, d - calkowity brak

chromosom,.z nr 21.

45 chromosomów - z brakiem jednego z chromosomów nr 21, który jest

przemieszezony do chromosomu z grupy D: tak że te dwa

akrocentryczne chromosomy tworzą razem jeden chromosom

metacentrycżny Dq2lq. Ponieważ w takim wypadku zostały utracone

jedynie ramiona krótkie tych dwóch ehromosomów akrocentrycznych,

które nie mają określonej funkeji genetycznej; osoby te z zasa„y

nie wykazują żadnych anomalii fenotypowych. Natomżast, powstałe w

czasie procesu mejozy ich komórki płciowe mogą albo: zawierać jeden

chromosom D i jeden chromosom 21 - i wtedy ich po#om#tw,o je#t

normalne; albo zawierają nżeprawidłowy chromosom Dq21 i jeden

chromosom 21 - co powoduje u płodu zespół Downa; albo zawierają

jedynie chromosom Dq2lq - co spowoduje powstanie nosicielki lub

nosić:ela; albo komórka płciowa ma chromosom D, lecz ńie ma

chromosomu 21, co spowoduje powstanie tzw. antymongolizmu - płody

z tym kariotypem zostają zwykle poronione (ryc. 50). Chociaż u

przeważającej większości nosicieli translokacji chromosomalnych nie

stwierdza się odehyleń od normy, to jednak badania statystyczne

wykaza#y u nich nieco częstsze występowanie wad wrodzonych i

niedorozwoju u:r#ysłowego niż w populacji osób bez aberracji

chromosomalnych. U nosicielek taki.ch translokacji stwierdza się

większy procent występowania pornnień samoistnych, co świadezy o

samoistnym usuwaniu zygot lub płodów z aberracjami chromosomalnymi.

Natomiast u mężezyzn nosicieli stwierdza się dość często

niepłodność, co jest najprawdopodobniej związane z zaburzeniami

mejozy, spowodowanymi translokacją chromosomów - z ich niepra#x-

#dłową konfiguracją i niemożnością segregacji.

#I##Z.4IKOW#SĆ

Opisano przypadki zespołu Downa, w których stwierdzono dwie

populacje komórek: pierwsza z nich wykazywała trisomię 21, druga

zaś miała prawidłow## zestaw chromosomów. Przypadki takie nie są

rzadkoś„ą i należy je pode#rzewać wtedy, kiedy zespół Downa nie

jest w pełni wyrażony fenotypowo ż kiedy inteligeneja dziecka jest

wyższa niż w typowych przypadkach zespołu. Wśród potomstwa

niektórych z tych osób były dzieci z cechami zesp"1u Downa. Osoby

z mozaikowością trisomii 21 były potomkami matek zarówno młodych,

jak i starszych. O^isano również przypadki z mozaikowością

polegającą na współistńieniu v##i#cćj niż dwu różnych populacji

komórkowych.

RODZINN# WYST#PáWANIE ZESPOŁU DOWNA

Penrose i wsp. pierwsi zbadali rodzinę, w której wśród dzieci

wystąpiły dwa przypadki zespołu Downa, natomiast jedno dziecko było

normalne. Obaj chłopey z zespołem Downa mieli po 46 chromosomów

oraz translokację G/D. Przebadano również trzy spokrewnione z tą

rodziną fenotypowo normalne kobiety. Wszystkie one miały po 45

chromosomów oraz translokację G/D. Sttx#erdzono, że jeśli matka

jest nosicielką translokacji 21/D, to częstość występowania zespołu

Downa wśród jej potomstwa wynosi od 10o/o do 20o/a. Tak więc

rodzinne występowanie zespołu Downa jest zwykle związane z

przemieszezeniem chromosomu 21 do jednego z chromosomów z grupy D

lub G (translokacja zrównoważona 21/D lub 21/G) u matki, będące3

nosicielką zespolu Downa. W przypadku z translokacją 21/D kariotyp

matki zapisze#r,v np.: 45,XX,-14,-21,-#-t(14q;21q); w przypadku z

translokacją 2lJG np.: 45,XX,-21,-21,=#t(21q;21q).

W zespole Downa stwierdza się upośledzenie płodności. Nie opisano

płod- nych mężczyzn z ześpołem Downa. Opisano natomias#t kobiety z

tym zespo- łem, które uro„ziły potomstwo. Ryzyko wystąpienia wśród

ich dzieci zespo- łu Downa wynosi ok. 50o/o. Ilustruje to rycina

51.

7espóT Downa

8##

D D 21 21 21

' 0 # "

D D 21 21 D D 21 21 D D 21 21 2t D D 21 2t 21 Normalny Normalny Z

e s p 6 T D o w n a

Ryc. 51. Schematyczne przedstawienie aberracji chromosomalnych,

jakie mogą powstać u pot,omstwa xnatki z trisomią nr 2I (zespó?

I7owna). Potomstwo to będzie albo normalne, albo - jak mabka -

będzie mia?o trisumię nr 21.

BADANIA DERMATOGLIFICZNE

Jedną z najbardziej charakterystycznych cech w układzie listewek

skórnych stwierdzaną w zespole Downa jest częstsze występowanie

pętlic łokciowych w obrębie opuszek palców. Biorąc pod uwagę

wszystkie palce łącznie, częstość występowani.a pętlic łokciowyrh

w zespole Downa wynosi w stosunku do innych typów wzorów 82,19o/o,

podczas gdy w grupie kontrolnej - 65,58o/o. W związku z tym w

zespole Downa wiry występują rzadziej (13,36o/o) w stosunku do ich

częstości w grupie kontrolnej wynoszącej 23,92o/o. Poprzeczna

bruzda zgięciowa dłoni w posta.# tzw. bruzdy małpiej zdarza się u

dzieci z zespołem Downa znacznie częściej (70o/o) niż w populacji

kontrolnej. Najczęstszą i najbardziej charakterystyczną

diagnostycznie cechąjest występowanie łuku piszczelowego w polu

paluchowym stopy.

WSP#bŁISTNIENIE ZESPOŁU DOWNA I ZESPOŁU KLINEFELTERA

Zostało opisanych wielu pacjentów, u których wystąpiły oba zespoły

(tj. Downa i Klinefeltera) łącznie, w tym również u rodzeństw.

Obecność tych dwóch zespołów u tego samego osobnika przejawiała się

charakterystycznymi klini#nymi i chromosomalnymi objawami, tzn.

stwierdzono 48 chromosomów oraz trisomię nr 21, a wzór chromosomów

płciowych przedstawiał się: XXY. Kariotyp tal# zapisujemy:

48,XXY,#--21. Ponieważ występowanie obu tych zespołów wiąże śię ze

starszym wiekiem matek (choć nie tak znacznie w zespole

Klinefeltera, jak w zespole Downa), wydaje się, że wspólne

występowazzie tych dwóch zespołów nie jest przypadkowe.

Przemawiałoby za tym również to, że w obu tych zespołach występuje

ni#rozdzielność chromosomów, prowadząca do obeoności dodatkowego

chromosomu.

ZWI#ZEK ZESPOł.U DOWNA Z BIALACZKĄ

Związek zespołu Downa z ostrą białaczką stwierdzono na podstawie

statystycznie częstszego występowania tych dwóeh sch#rzeń łaeznie.

W związku z powyższym wydaje się, że obecność trisomii 21 jest

czynaikiem predysponującym do wystąpienia białaczki. Wskazuje na to

obserwacja, że ostrą białaczkę stwierdza się w zespole Downa ok. 10

razy częściej, niż można by się tego spadziewać na podstawie

przewidywań statystycznych.

ZALE2NOŚC ZESPOLU DOWNA OD WIEKU MATKI LUB OJCA

Związek zespołu Downa z wiekiem mabki jest dwojakiego rodzaju.

lVlniejśza grupa przypadków jest niezależna od wieku matki

(choclziło tu o matki w wieku 25 - 30 lat), natomiast większa grupa

pochodzi od matek w wieku powyżej 40 lat. Tak w2ęc ryzyko urodzenia

dziecka z zespołem Downa wzrasta z wiekiem matki i wynasi dla matki

będącej poniżej 20 roku życia 1:2000, w 30 roku życia 1:1000, w 40

r#ku życia 1:100, a w 45 roku życia lub powyżej 1:50 (tab. 11).

T a b e 1 a 11. Wiek matki a ryzyko wystąpienia zespołu Downa

Wiek matki Ryzyko ftyzyko * po urodzeniu dziecka (lata) z zespołem

Downa

15 - 19 20 -- 24 25 - 29 30 - 34 35 - 39 40 - 44

45 lub więcej #rednia

1/ I á50 zwiększone 50X

li1600 zwiększone 50X

1/1350 zwiększone 5 X

1/800 zwiększane 5 X

1!260 brak wyraźnego zwiększenia

1/100 brak wyraźnego zwiększenia

1/50 brak wyraźnego zwiększenia

1/660

* Ryzyko obliczone w stosunku do ryzyka dla danego wieku matki.

Większość dzieci z zesp#łem Downa urodzůonych przez stare matki

wykazuje charakterystyczną dla tego zespołu trisomię 21, z

obecnością 47 chromosomów. VC'śród dzieci z zespołem Downa

urodzonych przez młodsze matki (u ok. 20o/o) stwierdzono obecność

różnych aberracji chromosomalnych, chociaż większość z nich również

wykazywała trisomię 21. Penrose wykazał, że w rodzinach, w których

#;vyśtępuje więcej niż jeden przypadek zespołu Downa, a jeszcze

bardziej w rodzinach, w których ze strony matki są osoby dotknięte

tym schorzeniem, wiek matki jest zwykle młody. Są to rodziny, #v

których stwierdza się zwiększone ryzyko wystąpienia zespołu Downa,

związane prawdopodobnie z rodzinną predyspozycj# do

nierozdzielności chromosomów. Analiza statystyczna wykazała również

istnienie związku między częstością występowania zespołu Downa a

starszym wiekiem ojca, choć nowsze dane nie potwierdzają tej

obserwacji. Nie jest jednak w pełni wyjaśnione, dlaczego zespót

Downa jest spowodowany dużo częściej starszym wiekiem matki niż

ojca.

Najprawdopodobniej nierozdzielność chramosomó##r 21 występuje

prawie tak 5amo często w oocytach starszych kobiet, jak i w

spermatocytach starszych

5, ZO

-u

Ń#O

-1

l #

25 ?C ?5 40 4;: ;O W:ek e#a-tek

#j # T r i #- #J

#, #ri- -5 C# # l #/ J l ##Q`

Ryc. 52. Wykres wieku matek osobników z zespo7em Downa oraz wieku

matek osobników z kariotypem 47,XXX lub 47,XXY.

mężczyzn. Ponieważ jednak mężczyzna wytwarza yednocześnie miliony

gamet, to ni#prawidłowe plemniki mają mniejszą szansę zapłodnienia

komórki jajowej niż znajdujące się w ejakulacie plemniki

prawidłowe. Możliwość takiej eliminacji nie istnieje w przypadku

gamety żeńskiej, bo powstaje tylko jedna w ciągu całego cyklu

miesiączkowego.

RYZYKO URODZENIA DRUGIEGO DZIECKA Z ZESPOłEM DOWNA

Od dawna dyskutowana oraz mająca duże znaczenie w poradnictwie

genetys>nym jest sprawa, czy matka mająca jedno dziecko z zespołem

Downa jest narażona na większe ryzyko panownego urodzenia dziecka

z tym zespołem niż matka, która ma normalne dziecko, lub też nie

rodziła. Carter i Evans, k#órzy badali rodzeństwo 642 pacjentów z

zespołem Downa, wykazali, że na ogólną lirzbę 312 braci i sióstr u

5 również śtwierdzono zespół Downa, c#ociaż przez porównanie z

populacją osobników normalnych należaloby spndziewać się tylko I

przypadku zespołu Downa. Na podśtawie powyższego przyjęto, że

posiadanie dziecka z zespołem Downa zwiększa możliwość urodzenia

następnego dziecka z tym zespołem. Badania cytogenetyczne pozwoliły

na udzielenie bardziej szczegółowej ż miarodajnej odpowiedzi matce,

która ma dziecko z zespołem Downa i która przychodzi do lekarza z

zapytaniem: "jakie jest prawdopodabieństwo, że mo#e następne

dziecko będzie również mialo zespół Downa". We wszystkich takich

przypadkach niezbędne jest wykonanie badania cytogenetyc2nego

za#:ńwno u rodziców, jak i u dziecka z zespołem Downa. Jeżeli w

przypadku zespołu Downa stwierdzi się 47 chromosomów oraz trisomię

21, a garnitur ehromosomalny zarówno u ojca, jak i u matki jest

prawidłowy, to ryzyko wystąpienia zespołu Downa u drugiego dziecka

wynosi 1 - 2o/o, niezależnie od wieku matki. W związku z tym

dodatkowe ryzyko w stosunku do przeciętnego ryzyka, jakie ponosi

każda matka będąca w ciąży, zależy w znacznej miexze od wieku

matki. Jeżeli wiek matki jest poniżej 35 lat, ryzyko to jest 6 razy

większe niż przeciętne. Natomiaśt jeśli matka jest w wieku powyżej

35 lat, ryzyko jest takie samo jak u innych kobiet. Jest to

spowodowane tym, że u starszej kobiety ryzyko wystąpienia

T a b e 1 a 12. Typ aberracji chromosomalnych dia- gnozowanych

prenatalnie po pierwszym dzieeku z ze- społem Downa (wg Mikkełsen

i Stenc)

Aberracje Liczba przypadków

Trisomia 21

7 Trisozria 18

47,XXY 47,XXX

1 46,XX,inv(19) 46,XX,inv(12)

46,XY/4„,X

46,XX/46,XX,dL;p(17q) 46,XY,t( 7 ;21) (q22;q22)

46,XY,marker

Razem

zespołu Downa jest dość znaczne (ok. lo#o) i w z#=:iązku z tym nie

różni się ono od ryzyka u matki, która urodziła już jedno dziecko

z zespołem Downa# W przypadku stwierdzenia translokacji u któregoś

z rodziców lub też u dziecka z zespołem Downa ryzyko wystąpienia

tego zespołu L# następnego dziecka znacznie wzrasta. Dokładne

określenie zależy od typu translokacji, jednak zawsze jest ono

znacznie większe niż przeciętne. W przypadku takim należy zalecić

przeprowadzenie diagnostyki prenatalnej (tab. 12).

TRISOMIA Clfi#OMOSOMÓW NR 13 - ZESPÓŁ PATAUA

Patau i wsp. w 1960 r. znaleźli dodatkowy chromosom w komórkach

szpiku kostnego u noworodka plci żexiskiej z następującymi

#vrodzonymi anomaliami: obecnością tylko jednego oka, rozszezepem

podniebienia, polidaktylią. Były również objawy uszkodzenia mózgtz

oraz wrodzonej wady serca. Dodatkowy chromosom znaleziony w tym

przypadku interpretowany był jako autosom z grupy 13 - 15. Dalsze

badania wykazały, że jest to chromosom 13 (ryc. 53). lVajezęś„ej

stwierdzanymi objawami klinicznynli c# tym zespole są: niedorożwój

umysłowy, wady oczu, nisko osadzone i zdeformowane uszy, rr>zszezep

warg i podniebienia, polidaktylia, wrodzone wady serca. Rzadziej

stwierdzanymi wadami są: głuchota, wąskie paznol:cie, dodatkowa

śledziona anomalie w obrębie układu moczowo-płciowego, przepuklina

pęp#owa, kryptorehizm i niedorozwój moszny u płci męskiej oraz

dwurożna macica u noworodków plci żeńskiej (ryc. 54). W większośei

przypadków trisomii nr 13 wywiady nie wskazują na dZiedziczne

obciążenia. Opisano jednak pojedyneze osoby z trisomią nr 13,

którveh rodzeństwo wykazywało abe:racje chromosomalne innego typu.

?`.#ioźe to być przypadkowa zbieżność ## występowaniu aberracji

chromosomalnych albo rodzinna skłonność do występowania

niepra##idłowości ch.romnsomalnych. Opisano również p:zypadki

wystęnowania tr:somii 13 oraz innZ#ch aherraci# chromosomalnych u

tego samego osobnika. Noworodki z trisomią 13. nawet jeśli urodzą

się żywe, mają bardzo krótki okres przeżycia. Okolo 45o#o umiera w

czasie pierwszego miesi#ca. a 90o#o w czasie pierwszych śześciLz

miesięcy życia. Mniej niż 5o#o ośiąga 3 rols życia. Częstość

występowania trisomii 13 wynosi u noworodków 1:12 000.

9 - Zarys genetyki

13 14 15 1# #7

#yc. 53. Kariotyp 49,XX,-j-13. Prążki G (wg Philipa).

Ńiski wzrost i MaTomózgowie Niedorozwój umysTowy ' Szerokie

rozstawienie Szc?elina wtęczówc# gaT#h ocznych T#isko osad?one i

znieksztaT- ## Rozszczep wargi i cone uszy ,r#~##"# podniebienia

Poliddktylia G!uchota

ZnieksztaTcenie pazr,ekci ;-laTpia bruzda

Torbielowatość nerek Otwćr migdzyprzed-

sionkowy r Podwójny moczowód Ot-wór międzyko norowy # Wodonercz#

Serce po stronie praw2j Pr#epuklina pgpkowa

Wiodzone ##vady maeicy Wnętrcstwo

fluża fragmentacja

granulocytow oraz duża

-czgstoś# występowania

jqder z formami paTeczkowatymi

ttyc. 54. Główne objawy kliniczne trisomii 13 (wg Vogela i

Motulskiego). TRISOMIA CIIROMOSOMóW NR 18 - ZESPóŁ EDWARDSA

Edwards i wsp. w 1960 r. opisali dndatkowy chrumosom z grupy E w

hodo-wli komórek skóry i mięśni dziecka płci żeńskiej z licznymi

wadami wrodzonymi. Głównymi wadami somatycznymi były: nieprawidłowo

zbudowan# czaszka, nisko położone oraz zdeformowane uszy, mała

żuchwa, płetwistośćszyi o.raz otwór międzyprzedsżonkowy w sercu, a

panadto niedorozwój umysłowy. Dzieck# zmarło w 4 miesiącu życia.

Otwarte śzwy czaszki i szerokie

ciemiqczkci przy urodzenlu

Nisk i wzro st Szerok ie rozstawienie gaTek

0C Zny Ch

Niedorozwój umysTowy # #. #(ysokie Tuki br#viowe

Wystaj#ca potylica ;",###

" ##;i# # Nisko osadzone i znieksztaTcone usz# Retrofteksja gTowy

# #####'jw

Niedorozwój źuchwy

I=uki na trżech tub # Zachodzenie pa[ców na siebie

więcej opuszkach

aatców PrzetrwaTy przew#d tętniczy

MaTpia bruzda Otwór międzyprzedsionkowy

Krótki mostek

# UchyTek jelita k#gtego[Meckela/

Pderka podkowiasta ' #.

NieprawidTowości

pośladków

Hipertonia mięśniowa Wielowodżie

Wystqj4ce ko[ana MaTe Tożysko

krzywienie dużych

alcow

Ryc. 55. Główne objawy kliniczne trisomii 18 (wg Vogela i

Motulskiego)

Na podstawie powyższej pracy oraz doni#ień dalszych autorów wyłonił

si# obraz charakterystycznych anomalii somatycznych, związanych z

trisomią chromosamów nr 18 (ryc. 55). Kariotyp tych przypadków

zapisujemy: 47,XX,#-18 lub 47,XY,-f-18. Charakteryzują się one

ogólnym niedorozwojem, podobnie jak przypadki tris4mii chromosomów

13, oraz małymi, zdeformowanymi i nisko osadzonymi usżami i małą

brodą. Palce rąk wykazują eha= rakte#ysty#zne zachodzenie na

siebie. Prawie wszysry pacjenci mają wrodzone wady serca. Chorzy

dotknięcż trisomią 18 żyją bardzo krótko i zwykle umierają w

okresie niemowlęcyrn. Okoł4 30o#o umiera w pierwszym miesiącu

życia, a jedynie 10o/o osiąga 1 rok życia. Stosunek występowania

tej trisomii u noworod= ków męskich i żeńskich wynosi 1:3. Przewaga

w tym zespole noworodków płci żeńskiej może tłumaczyć się bardziej

letalnym charakterem tej aberracji u płodów męskich, które

obumierają już w okresie życia śródmacicznego. Częstość

występowania trisomii chromosomów 18 wynosi u noworodków 1 : 7500.

'DELECJA ftAlViION KftÓTKICH CHROMOSOMÓW NR 5 - ZESPÓŁ . CR# DU

CHAT"

W 1963 r. Lejeune i wsp. opisali u trzech noworodków częściową

delecję ramion krótkich chromosomu z grupy B, który określili jako

chromosom nr 5 (ryc. 56). Opis dalszych przypadków, stwierdzonych

zarówno wśród dzieci, jak i osób dorosłych, oraz szczegółowe dane

kliniczne uprzednio opublikowanych przypadków zostały podane przez

Lejeune'a i wsp. w 1964 r. Z op?sów tyeh ###yłonił się

charakterystyezny obraz kliniczny, obejmujący następujące objawy:

szczególny płacz przypominający miauczenie kotacri du chat (polska

nazwa: zespól "miauczenia kota"), niedorozwój umysłovrs,

malomózgowie, hipotonia mięśniowa, niskie osadzenie uszu, mala

żu#hwa, rozszczep podniebienia oraz inne nieprawidłowości

somatyc#ne (ryc. 57). Kariotyp takich przypadków zapisujemy:

46,XX,de1(5p) lub 46,XY,de1(5p). Wielkość delecji ramion krótkich

chromosomu 5, powodująca zespól "cri du chat", jest bardzo różna -

od drobnych delecji terminalnych aż do utraty ok. 60a;!# długości

ramion krótkich. Podobnie jak w innych zespołach chromosomalnych,

obecność mozaiki z normalną linią komórkową zazwyczaj znacznie

łagodzi obraz kliniczny teóo zespołu. Częstość występowańia delecji

ramion krótkich ehromosomu 5 wynosi u no#worodków 1:#0000.

Natomiast w zakładach dla osób umysłowo upośledzonych jest ona

znacznie większa.

„# li 2 Hyc. 56. Kariotyp 46,XX,de1(5p). Prążki G (wg Philipa).

100

##:

I#I## ZF.SP##;## #ZITO;g#DMALI#TE

AYFnRACJE LICLh#t#'

nyc. 57. Dziewezynka z zespołem "cri du chat" (cvg de Grouchy).

Poz#: podanyzni powvżej trisomiami chromosomów 21, 13 i 18 jedynie

trison;ia 22 występuje w stanie niemozaikowym. Trisomie pozostałych

autosomó###. jeżeli występują w stan„e niemozaikowym, to prawadzą

do śmierci już w życiu plodowym. lVajezęściej stwierdza się w

postaci mozaiki, z normalną Iini;Ł komórkową, trisomie chromosomów

7, 8 i 9; opisano również pojedyncze przypadki mozaiki z trisomią

nr 10. Monosomia stwierdzana u żywo urodzonych dzieei dotyczy

jedynie chromosomu 21, a przypadki takie określają niektórzy jako

"antymongolizm".

AIiE#RA#JE S'TR.rJKTUft lLNE

Poza zespoiel#z.,cri du chat" najezęściej stwierdzanymi delecjami

są: delecja ramion krótkich chromosomu nr 4 (tzw. zespół Wolfa i

Hirsehhorna), deleeja ramion ~rótkich ehromosomu 18 oraz delecja

ramion długich chromosc>nzu 18. Opisan;> również delecję ramion

krótkich lub długich innych chromc>snn,ó;# n##. 9. 11 i 12.

Wszystkie one prowadzą do określonyeh zespołów chorobowych, które

jednak nie będą omawiane ze względu na ogromną rzadkośe

#vystępov##ania. Rów-nież chrc>mosomy koliste powadują występowanie

licznych zaburzeń rozwojowyeh, #;ińre jednak w Rriększości

przypadków nie dają się połączyć z aberracją określonego chromosomu

i nie tworzą #v ten sposób, w więk#.:#ośei przypadków,

zdefiniowanych zespołów chorobowych.

101

TftIPLOIDIA I TETftAPLOIDIA

B””k i Santesso,n jako pierwsi opisali triploirlię w części komórek

w hodowli skóry jednorocznego chłopca. Wystąpiło u niego wiele

defektów somatycznych oraz głęboki niedorozwój umysłowy. Analiza

cytogenetyczna wykazała, że autosomy były triploidalne, natomiast

chromosomy płciowe występowały w skład#ie XXY. Jedynie część

komórek wykazywała 46 chromosomów. Triploidia jest częstą pxzyczyną

poronień przed ósmym tygodniem życia płodowego. Około 20o/o płodów

z aberracjami chromosomalnymi wykazuje triploidię. flpisano jedynie

pojedyncze przypa#ki żywyeh noworodków z triploidią. Chorzy z

triploidią bard#o rzadko mają zdolność przeżycia okresu płodowego

lub pierwszych miesięcy życia. Opisano natomiast dużo więcej żywo

urodzonych osobników z mozaiką triploidia/diploidia. Wszyscy oni

charakteryzowali się niedorozwojem umysłnwym i fizyeznym. W

przypadkach, w których stwierdza się układ chromosomów płciowych

XXY, może występować również obojnactwo zewnętrznv#" narządów

płciowych. Płody z tetraploidią są jeszcze bardziej upośledzone pod

względem izmysłowym i fizycznym i jeśli nawet urodzą się żywe, to

tylko wyjątkoevo przeżywają pierwsze miesiące życia.

Pft#cEsv aowoTwoftowE

Związek aberracji chromosomalnych z procesami nowotworowymi, i to

z;równo przebiegającymi w postaci guzów, jak i zmianami

obejmującymi komórki kr#vi, został udowodniony. Nie oznacza to

jednak, że określono, w jakim stopniu zmiany chromosomalne są

przyczyną procesów nowotworowych. Wykazan'e np. związku między

rozrostem nowotworowym a różnego rodzaju aberr^#jami

ehromosomalnymi nie świadczy o tym, że zmiany chromosomalne są

przyczyną powstawania nowotworów. Levan i wsp. następująco

podsumo#vali badania chromosomów w zmianach nowotworowych: "1.

Większość nowotworów złośliwych wykazuje aberracje chromosomalne

zarówno liczbowe, jak i strukturalne, przy czym różnorodność

obrazów tych zmian może być ogromna nawet w obrębie tego samego

guza. Wiele guzów wykazuje jednocześnie obecność tzw. markerów

chromosomalnych, będących strukturalnie nieprawidłowymi

chromosomami, charakterystycznymi dla danego guza. 2. Większość

komórek guza należy do jednej podstawowej linii komórkowej. W

czasie wzrostu nowotworów lub przerzutów nowotworowych linia ta

ulega zwykle przemianom na wiele nowych lin komórkowych, co

powoduje coraz większą różnorodność obrazów cytogenetycznych zmiany

now otworowej". Procesem nowotworowym, który jako pierwszy udało

się povc,iązać ze stałą zmianą chromosomalną, jest białaczka.

Badaczami, którzy wykazali związek między charakterystycznym typem

aberracji chromosomalnej a białaczką, byli Nowell i Hungerford.

Autorzy ci badając krwinki białe z krwi obwodowej, opisali

istnienie małego, akrocentrycznego chromosomu, zwanego Phl

(Philadelphia), w wielu przypadkach przewlekłej białaczki

szpikowej. Nieprawidłowy chromosom jest to chromosom nr 22 z

delecją ramion długich; kariotyp zapisujemy: 46,XX,de1(22q) lub

46,XY,de1(22q). Obserwacja ta została potwierdzona przez następnych

badaczy i obecnie uważa się, że związek przewlekłej białaczki

szpikowej z istnieniem chromosomu Phl jest w pełni udo

102

#wodniony. Obserwacja Nowella i Hungerforda stanowi również

pierwszy przykład związku między charakterystyczną a2xomalią

chrom#somalną a procc;em nowotworowym. Chromosom Ph1 powstaje w

wyniku delecji ż translokacji części ramion długich chromosomu 22

do któregoś z większych chromosomów, najezęściej do ramion długich

chronxosomu 9. Komórki zawierające chromosom Ph' Lworzą klon,

powstały w wyniku rozmnożenia się je#xxej komórki, w której

nastąpiła delecja ramion długich chromosomu 22. Jednocześnie z

nasilaniem się u pacjenta objawów chorobowych białaczki wzrasta

liczba komórek, w których stwierdza się chromosom Phl. Późniejsze

badania cytogenetyczne prowadzone na materiale różnyeh typó##=

białaczek potwierdziły istnienie nieprawidłowości chromosomalnej

(chromosomu Phl) w przewlekłej białaczce szpikowej. Chociaż nie

udało się znaleźć stałego z###iązku między innymi typami białaczek

a anomaliami chrozni:somalnymi, to ukazało się jednak wiele

publikacji o istnieniu aberracji chromosomalnych w innych typaeh

białaczek. Jednym z charakterystyc#xych markerów chromosomalnych

jest "wydłużony" chromosom 14 w związkL z transloka#ją 8q-;14q-#

spotykamy w chłoniaku Burkitta i innych rozrostach

limfoproliferacyjnych B-komórkowych oraz w ostrych białaczkach B-

k4mórkowych. Ponadto dosyć charakterystyczne zmiany kariotypu

komórek białaczkowych towarzyszą przejściu białaczki szpikowej z

fazy przewlekłej w ostrą: naddatek chromosomu 8, dodatkowy Phl,

izochromosom 17. Dosyć charakterystyczną zmianą w ostrej białaczce

mieloblastyrznej jest translokacja: 8;21, a w ostrej

promielocytowej translokacja: 15;17. Cytogenetyka hematologiczna

zysku;e więc coraz większe znaczenie w diagnostyce oraz #v

pro#nozie. Innym procesem nowotworowym, który u wielu pacjentów ma

związel: z aberracją chromosomalną, jest retżnoblasto'm,a.

Najezęściej predyspozycja do występowania tego mowotworu jest

dziedziczona jako cecha autosomalna dominująca i nie majaca źadnego

związku z aberracją chromosomalną. Istnieją jednak również takie

pxzypadki, w których retżnoblaston2,a występuje #vspólnie z

licznymi wadami wrodzonymi u pacjentów z delecją cz#ści ramion

długieh chromosomu 13, a konkretnie odcinka l3ql4. Brak materiału

genetycznego tego właśnie odcink, r#,r;##n długich chromosomu 13

powoduje brak informacji genetycznej lub tRką zamianę strukturalną

genu lub genów, która prowadzi o wystąpienia tego procesu

now#tworowego. W rodzinach, #v których stwierdza się szezególnie

rzęste występowanie nowotworów, analiza cytogenetyczna jest

pożądana, gdyż może ona wykazać drobną aberrację strukturalną,

przekazywaną dziedzicznie. Jednym z najbardziej znaczących

os:ągnięć współezesnej genetyki medycznej jest odkrycie, że

specyfiezne geny, zwane onkogenami, są bezpośrednio związane z

różnego rodzaju nowotworami (patrz tab. 13). ftównie ciekawym

odkryciem było stwierdzenie obecności sekweneji DN#, prawie

identycznych jak w onkogenach, w materiale genetycznym normainych

komórek całego świata zwierzęcego. Powstała teoria, że takie

"protoonkogeny" rozwinęły śię ewolucyjnie i pełnią w normalnych

tkankach ważną funkeję przy podziale i różnicowaniu komórek.

Wysiłki genetyków skupiają się obecnie na odkryciu, w jaki sposób

nieszkodliwe dla komórki protoonkogeny przekształcają się w aktywne

onkogeny. Wydaje się, że przyczyną jest mutacja wywołana działaniem

promieniowania, związku chemicznego lub wirusa. Inną bezpośrednią

przyczyną powstania nowotworu może być przemieszezenie

protoonkogenu z jednego chromosomu na drugi. Tak rozwija się

chłoniak

103

T a b e 1 a 13. Mapowanie gen#w mającyeh znaczenie w ehoro#ach

nowotworo- wyeh (wg MeKusicka 19&7o)

Nazwa

Gruczolakorak nerki (rak jasnokomórko#vy) Siatkówezak

Rak płuca drobnokomórkowy (anaplastyczny) Białaczka limfatyczna z

komórek T Zwojak zarodkowy współezulny (neuroblastoma)

Osteosarco#n.a Ostra białaczka limfatyczna

Ostra białaczka limfatyczna z komórek T Białaczka limfatyczna

(przewlekła) z komórek B Białaczka limfatyczna z komórek B

Przewlekła choroba ziarniniako#va Przewlekła bialaczka szpikowa

#"Gonadoblastoma w zespo?e WAGR *

Zespół limfoproliferacji (ehoroba Duncana)

Chromosom Uwagi (loka?izacja)

3p14,2 prow.

13q14.1 potw.

3p23-p14 p4tw.

14q11.2 potw.

lpter-p31 prow.

13q14.1 prow.

4q21 prow.

llpl5 prow.

llql3,3 potw.

18q21.3 potw.

Xp21.2-p21.1 potw.

22q11.21 potw.

9q34.1 potw.

llpl3 potw.

Xq24-q26 # prow.

potw. - lokalizacja potwierdzona prow. - lokalizacja prowizoryczna

* Zespół WAGR - Wilms tumour, aniridia, gonadoblastoma,

retardation. o á2cKusick, V. A. The hu#wxan gene nzap, John's

Hopkins liospital, Baltixnox,e, 1989.

Burkitta, nowotwór wywodzący sie z limfocytów B. Najezęściej

występuje on w Afryce, ale ostatnio znaleziono go również u ofiar

AlDS. U ludzi zdrow# ch protoonkogen nazwany 2iaye zlokalizowany

jest na chromosomie 8, natomiast u chorych na chłoniaka występuje

na chromosamie 14. Na skutek takiego przemieszezenia myc na

ehromosom 24 - ankogen znajduje się w pobliżu genów normalnie

kontralująeych v##ytwarzanie przeciwciał przez limfocyty B. Są to

komórki, które podlegają transformacji nowatworowej w przypadku

chloniaka Burkitta. Badacze podejrzewają, że sąsiedztwo onkogenu i

gen"#v kodujących przeciwciała prowadzi do interakeji, która jest

bezpośrednia przyczyną nowotworu. Uważa się obecnie, że proces

powstawania nowotworu jest zazwyczaj bardżiej skomplikowany i

bierze w nim udział kilka ankogenów. Kultury t#ankowe normalnych

tkanek en-#brionu szezura tylko wtedy ulegają transformacji

nowotworowej, jeśli obecne są jednocześnie dwa onkogeny rrzyc i

ras. Istnieje podejrzenie, że jeden z tyeh onkogenów odpowiedzialny

jest za przekształeenie normalnej komórki w komórkę nowotworową. a

drugi warunkuje normalną tendeneje komórek rakowych do podziałów i

ńiepohamowanego v#zrostu. Zbadano już jeden z możliwych sposobów

interakeji dwóch ankogenów indukujących niepohamowane rozmnażanie

komórek. W hodowli nie dzielących się komórek tkanki łącznej

eziowieka gen myc nie ujawnia się. Dz:ałanie je#o zastaje

zapoczątkowane przez dodanie do hadowli czynnik# wzrostowego płytek

krwi (białka zwanego PDGF), które normalnie odpowiedzialne jest za

gojenie ran. Badacze wykazali też, że inny onkogen, zwany sżs,

wytwarza białko niezwykle podobne do PDGF. Interakeja białka

onkogenu sżs z onkogenem #n.yc może zapoczątkować proces

transformacji nowotworow,ej. Protoonkogeny mogą także stać się

ankogenami przez amplifikację, czvli nagromadzenie w dużych

ilościach w czasie podziału komórki. Zjawisko to zo

104

sta#o zaobserwowane w niektóryoh nowotworach komórek nerwowych i

je- lita. Obecność w komórkach nowotworowych dużych ilości białek

kodowa- nych pxzez geny po#vstałe na skutek amplifikacji może być

wykorzystana do specyficzny ch testów diagnostycmyeh.

RODZINNE WYST POWANIE ABERRACJI CIiRO#IOSOMALNYCIi

VC#' niektórych rodzinach stwierdza się występowanie aberracji

chromosomalnych u dwóch lub kilku jej członków. Na przykład w

rodzinie opisanej przez #nrzkowskiego i wsp. w 1969 r. stwierdzono

cechy zespołu Turnera oraz kariotyp 45,X zarówno u probanda,

dziewezynki lat 14, jak i u 40-letniej siostrr jej ojea.

Przytoczone dane można rozpatrywać jako: 1) dowód rodzinnego

występo#e,ania i dziedziczenia zespo#u Turnera, 2) przypadkowe

wystąpienie tej anomalii u dwu rzłonków rodziny, 3) rodzinną

predyspozycję do utraty chromosomu lub nierozdzielnośei w okresie

podziału mejotycznego komórek płciowych, istniejącą w rodżinie

ojca. Ponieważ uprzednio nigdy nie op?sano wystepow ania rodzinnego

zespolu Turn#ra, natomiast wy stępowanie anomalii ch:;nmosomalnych

u kilku rzłonków rodziny było opisywane przez kilku autorów, wydaje

się, że trzecie z przedstawionych wyjaśnień jest najbardziej

prawdopodobne. Opisano wiele rodzin, w których stwierdzono

występowanie zespołu Klinefeltera (karintyp 4'7,XXY) oraz zespołu

Downa (trisomia 21) u rodzeństwa lub u innych człanków rodziny w

poprzednich generacjach. Podobne dane uzyskano na temat zespołu

Turnera (kariotyp 45,X) i zespołu Downa. Hecht i wsp. opubiikowali

dane kilku rndzin, w któryeh stwierdzono jednoćzesne występowanie

zespołu Downa oraz trisomii 18. Dalsze badania tych aute,rów

wykazywały również wiele rodzin, w któryeh #vystępowało wiele

aberracji chromasomalnych. W jednej z nich dziecko z zespołem Downa

miało ciotkę z kariotypem 45,X oraz dysgenezją gonad, w innej

natomiast dziecko z kariotypem 45,X miało kuzyna z zespołem Downa.

Na podstawie obserwacji własnycli przypadków oraz danych z

literatury autorzy ci słusznie uważają, że wyst#powanie w jednej

rodzinie wielu anomalii chromosomalnych nie jest prostym

przypadkiem, lecz downdem rodzinnej skłonności do występocvan;a

anomalii chromosomalnych.

PO S#J###WANIE

lVajezęśćiej stwierdzanymi aberracjami autosomalnymi są triso:'nie

c##romosorrzalne, powodujące nieprawidłowości w rozwoju osobnika

wskutek nadmiaru materiaiu genetycznego. Badania cytogenetyczne

umożliwiły ustalenie chromnsomalnej etiologii zespołu Downa

(obecność dodatkowego chromosnmu nr 21), jak również wyodrębnienie

kilku zespołów klinicznych: z#spół Palaua - trisomia chromosomów nr

13, zespół Edwardsa - trisomia chromosnmów " j ; nr 18, zespół "cri

du chat - delec a ram on krótkich chromosomu nr 5. ##ydaje się, że

dokładniejsze wyjaśnienie znaaenia wielu aberracji chromosr#malnyc#

u człowieka będzie możliwe dopiero z chwilą wprnwadzenia szernkich

badań cytogenetycznych wśród populacji nnrmalnej. Jednak juź

ob#cnie badania aberracji chromosomalnych, dzięki wprowadzeniu

dokładnyeri technik prążknwych oraz metod genetyki molekularnej;

pozwalają na coraz dokładniejsze mapowanie chromosomów człowieka.

105

VI. Badania c#togenet#czne w w#bran#ch grupach populac#jn#ch

Krzysztof Boczkowsk„

Cyto#enetyka populacyjna - której celem jest określenie i

porównanie czgstości występowania zarówno aberracji liczbowych, jak

i strukturalnych chromosomów w różnych grupach populacyjnyeh oraz

prześledzenie ich efektów fenotypowych - ma znaczenie zarówno dla

genetyki ogólnej, jak i dla jej działów zajmujących się genetyką

medyczną i kliniczną.

BADANIA CYTOGENETYCZNE PŁODóW Z POI#ONIEl#T SAMOISTNYCH

Badanie aberracji chrom#somalnych u płodów z poronień samoistnych

pozw#la ocenić, jak duży proc#nt porunień jest spowodowany

aberracjami chromosomalnymi i w związku z tym niezależny od sposobu

pro##adzenia ciąży. W statystykach z różnych ośrodków, stosujących

różne metody zapobiegania grożącemu poroniemiu, proeent poronień

jest podobny i niezależny od metod terapeutyc#ych. Wśkazuje to n#

fakt, że właśnie czynniki genetyczne odgrywają rolę w występowaniu

takich poronień. Wystąpi#nie poronienia w takim przypadku zapabiega

zwykle urodzeniu śię ośobnika z nieprawidłowym garniturem

chromosomalnym. Wyniki badań garnituru chr#mosomalnego płodów z

poronień samoistnych zostały po raz pierwszy zebrane i porównane

przez Polaniego. Opracował on zestawienie na podstawie danych

opublikowanych do 1966 r. obejmujących 261 poronień samoistnych,

które nastąpiły w pierwszych trzech miesiącach eiąży. Zestawienie

wyników badań dokonane przez Polańiego (1966) pozwala na

wyciągnięcie wstępnych wniosków. U 72 płodów (27o#o) stv,#erzono

aberracje chromosomalne. Rodzaj stwierdzonych aberracji

chromosomalnych oraz procent ich wystąpienża został podany w tab.

14. Niektóre aberracje chromasomalne wykryte w badaniach płodów ńie

zostały stwierdznne u osobników żywych (noworodków) lub u osób

dorosłych.

106

T a b e 1 a 14. Wyniki badań cytogenetycznych w 72 poronieniach

samoistnych z aberracjami chronaosomalnyt#i (wg Polaniego)

I#nteresujące jest częste stwierdzanie nie spotykanej u osobników

żywych trisomii chromosomów nr 16. Na uwagę zasługuje fakt, że

jedyną aberracją chromosomów płciowych był kariotyp 45,X; nie

stwierdzono natomiast mozaiki 45,X/46,XX lub kariotypu 47,XXY, co

dowodzi, że nie są one letalne. Na uwagę zasługuje poró##-nanie

stosunku aberracji autosomów do aberracji chromosomów płeiowych.

Stosunek ten u plodów z poronień samoistnych wy#nosił 2:1 (w

porównaniu z 1:1 u osobników żywych). Jest on jeszcze jednym

dowodem na to, że aberracje autosomalne częściej bywają czynnikiem

letalnym niż aberracje chromosomów płciowych. Niestwierdze-nie

monosomii autosomów wskazuje najprawdopodobniej na to, że są one

letalne w bardzo wczesnym okresie zarodkowym (lub że nie dochodzi

w ogóle do powstania zygot z b'rakiem jednego z autosomów). Badania

płodów z poronień samoistnych dostarczyły materiału do porównania

aberracji chromosomalnych oraz zmian morfologicznych. Pozwoliło to

na określenie czasu wystąpienia #ieprawidłowości w budowie płodu

zależnych od nieprawidłowego garnituru chromosomalnego.

Najobszerniejsze informacje, dotyczące histologii gonad u płodów z

kariotypem 45,X, podali Singh i Garr w 1966 r. Stwierdzili oni, że

od trzeciego miesiąca życia nie znajduje się różnicy vr budowie

ganad pomiędzy płodami 45,X a 46,XX. W późniejszym ok#esie życia

płodowego stwierdza się stosunkowo więcej tkanki łącznej w

gona,dach płodów 45,X. Szczególnie interesujący jest fakt, że

zarówno u płodów 46,YX, jak i 45,X stwierdza się obecność komórek

pł„owych w gonadach. fiomórki te zanikają jednak w pó„ziejszym

okresie rozwoju u płodów 45,X. Nowsze publikacje podają większą

częstość występowania aberracji chromosomalnych u piodów z poronień

samoistnych. Lauritsen, który wykonał badania cytogenetyczne 288

płodów z poronień samoistnych, u 55o/o stwierdził aberracje

chromosomalne, przy czym częstość ta była jeszcze więl#sza wśród

płodów z pierwszego trymestru ciąży, gdyż wynosiła 6lo#o.

Najobszerniejsze dane na temat wystepowania aberraeji

chromosomalnych wśród płodów i noworodków podała Jacobs w 1977 r.

Zestawiła ona dane z pięciu dużych badań. przeprowadzonych przez

ró#nych autorów, które łącznie o'ujęły prawie 2500 płodów z

poronień samoistnych i były wykonane w 1970 r. lub w latach

późniejszych. Badania te wykazały istnienie aberracji

chromosomalnych u ponad 50o## badanych płodów. Ponad połowę

aberracii chromosomalnych stanowiły trisomie, natomiast kariotyp

45,X stwierdzono w 20o#a przypadków. W ponad 20ojo przypadków

stwierdzono istnienie poliploidii (triploidii lub tetraploidii), to

znaczy 69 lub 92 chromosomów (ryc. 58). Pozostałe przypadki

sta.nowiły aberracje strukturalne „lbo mozaiki z dwiema lub większą

liczbą linii komórkowych (tab. 15).

Typ aberracji

jako % wszystkich badanych)

#0?

T a b e 1 a l:i. Aberracje chromnsomalne u płodów z poronień

samoistnych, dane od roku 1970 (wg Jacobs) T a :; e 1 a 16.

#berracje chroznosomalne u ##oeiń#t' z poz#ttień sa?:ro#;:nyctt

nraz # no#i-orodlrów (wg Jacobs)

Triso# ie I 4„,X

Pło;ly 4,2 # l.i l#oworodki 0,29 # 0,01 Wsz#-s#kie ciąże 4,49 #

1,51

TriSCTiE #y ĆbViliE c 7CSomC,,y' # #olz #,z / "

, z,r #ro2# j L#"## '# #,X #, w ócY / 5 #01 #

Tripioidia

IiJ#

'E#-aaICiCliO ##

## l #

RyC. 58. Rodzaje aberraCji Chromosomalnych u pYodów z poronień

samoistiiyCh.

AberraCie (o/a ciażv)

Po i #,lo#4i# _ #truktu- #

3:z 4n r#lne ; I##I#e # i#"`##j##

1,## 0.~#i 0, C#.3 ; #a:i

# 0,2 i t?";ł)

1,35 0,4# # 0,5 f t).3 #

i \

T#isomiF

# StrukturainE /gT‚wnie autosc.:mów

Ryc. „9. Rodzaje abez-z-ae"i chromosotnaln#ch u noworodkó##:.

Cieka##'ie przedstawia się porównanie aberracji chrom,so=z#alnych

wystgpujących u płodów i L? noworodków (ryc. 58, 59, 60 i tab. IE}.

W za:treśie tri-ů somii ani u płodów, ani u noworodków nie

stwierdzono dodatkowego ctiromosomu nr 1 5 oraz 1 i, co wskazuje na

to, że różna czestość #uystępu#: #ania poszezególnych trisomii nie

jest przypadkowa. Najezęstszą trisomią wvstępującą u plodów była

trisomia ehromosomów nr 16, które" nie stwierdza się w ogóle wśród

żywych noworodków, eo wskazuje na to, że jest letalna. 'Vatomiast

trisomia nr 2!, która prowadzi do zPspołu Du##na,_ stanowi ponad

40o#o trisomii występujących u noworodków, a tylko 20#!## trisomii

wvstepujących u płodów. Zdolność przeżycia okresu płodowego jest

więc dla tej trisomii stosunkowo duża; mimo to jednak można

stwierdzie, że na każd#go żywego noworodka z zespolem Downa

przypadają trzy do czterech płodów z trisomią nr 21, które zostały

poronione. Aberracje liczbowe chromosomów płciowych które stanowią

ponad 50o#o dodatkowych chromosomów wy#tgpujących u noworodków,

spotykane są wyjątkowo rzadko wśród płudów z poronień samoistnych -

dodatkowy chromosom X stwierdzono u ok. l##o #łi?dów, natomiast w

żadnym przypadku nie stwierdzono obecności dodatkowego chromosomu

Y. Wskazuje to, że obecność dodatkowego chrom#,#mu plciow ego nie

jest w zasadzie cechą letalną. "Oo;'" plodciw z aberracjami

chromosomalnymi wykazuje kariotyp 45,X, lstóry wśród noworodków

stwierdza się bardzo rzadko - 1 :10 000 żywo urodzonych. Pane te

świadezą o tym, że większość te#o typ## przypadków :#i?e!08 ga

samoistnemu poronieniu. Triploidie lub tetraplo„die, stanowiące

raze#n ponad 20';# poronień samoistnych, nie były stwier„zane w

ogóle wŚr”d bada= nych noworodków; wiadomo jest, że aberracje takie

są niezmiernie rzadkie wśr”d noWorodków i nawet jeśli nastąpi

urodzenie żywego dzieeka, to cza# jego żyeia nie przekracza zwykle

jednego roku. Dane pOwyższe pozwoliły również na wyciągnigcie

wniOsku, że znacznie ponad 10#/o ludzkich zarodków lub płódów

wykazuje aberracje chromosomalne, przy czym wEdlub niektórych

autorów CzęStOŚĆ ta jEst duż0 WlgkSZa i wynosi ok. 30###. Co do

częstOści występowania poszezególnych typów aberracji

chromosomalnych, to należy zauważyć, że najezęściej stwierdzanymi

trisomiami autosomów są u płodów z poronień Samoistnych trisomie

chrOmosomów nr # 7 - 10, 13 - 16, 18, 21, 22. Dla przykładu można

podać; że trisomiE ChromosOnzów od 7 do 10 stwierdzono, każdą z

nich, w killsunastu przypadkach; chromosomów nr 16 w 104

przypadkach, a chromosomów nr 21, 22 w 34 i 37 przypadkach (dane

Jacobs oraz późniejsze). Natomiast nigdy nie stwierdzono trisomii

chromosomów nr 1, 5 i 17. Rozpatrując te dane; należy jEdnak

pamiętać o tym, że zależą one w dużym stopniu od tego, w jakim

Oleresie trisomia danego chromosomu powoduje śrnierć płodu. Wiadom0

jest np.. żE trisomia nr 13 powOduje śmierć od wrzEsnego okresu

żyeia płodowego aż do kilku lat po urodzeniu, natomiast letalny

efekt trisomii nr 16 ujawnia si# w krótkim okresie pomiędzy 22 a 31

dniem życia płodowego, wlaśnie wtEdy, kiedy przeprowadza się

Wię.kszość badań cytogenetycznych płodóW. Natomiast trisomie

chromosOmów nr 1, 5 i 17 megą prowadzić. do śmierci W tak wezesnym

okresiE zarodkowym, że nie uchwycono ich dOtychezas badaniem

eytogenetycznym. Podsumowując powyższe dane, można przyjąć, że

częstość występOWania aberraeji chromosomalnych u płodów z poronień

samoiśtnych wynosi ponad 50#/a, przy czym u płodów z pierwszego

trymestru ciąży przekracza nawet 60ojó i prawdopodobnie jest

jeszeze większa u płOdów poronionych w pierwszych tygodniach ciąży.

Wypływa z tego wniosek, że niektóre abErracje chromosOmalne są

letalne. a wystąpienie poronienia samoistnego zapobiega w wielu

przypadkach urodzeniu się płodu z poważną nieprawidłowością

chromosomalną.

BADANIA CYTOGENETYCZNE U NOWORODKÓW

Badania eytogenetyczne noworodków mają ogromne znaczenie dla

genetyki populacyjnej, gdyż pozwalają określić częstość

występowania poSzezególnych aberracji chrOmosomalnych. JednoczeŚnie

porównanie częstośei występowania danej aberracji u płodów,

noworodków oraz w populacji osób dorosłyc:i pozwala na Wyciągnięcie

istotnyCh wniosków co do wpływu danej aberracji na zdolność

przeżycia. lV Tajobszerniejsze i najbardziej dokładne dane na ten

temat opublikowali Hamerton i wsp. w 1975 r. Wykonali oni badanie

cytogenetyczne leukocytów krwi obwodowej u 13939 noworOdków. Wyniki

swoich badań zestawili z wynikami badań pięciu innych dużych ser,

obejmując w ten sposób łącznie 4G069 noworodków. Stwierdzili oni,

że częstość występowania dużych zmian chromOsomalnych wynosi od

1:150 do 1:200 żywo urOdzonych noworodków. Gzęstość ta jest

znacznie mniejsza od częstości występowania zmian chromosomalnych

u wszystkich zarodków ż płodów, która wynosi ponad 10#!,#. Częstość

poszezególnych aberracji chromosomalnych u nowo?-odk”w podan0

IO##a

#na ryc. 60. Na podstawie powyżśzych danych można przyjąć, że u ak.

1:400 :noworodków występują aberracje chromosomów płciowych;

częściej są to no- worodki płci męskiej niż żeńsk„ej z powodu dużej

częstości poronień wśród płodów 45,X. Około 1:500 noworodków m#

aberrację strukturalną autoso- mów, natomiast ok. 1:700 noworodków

ma dodatkowy autosom w postaci trisomii (ryc. 59 i 60).

Liczbowe Trisomia 13-1;'12CCC

- 5,X -1/10000 chromosomów!

4#,XX# -1#1000 pTciowych / Liczbowe Trisomia 1B-1#75CC

, 38'/o autosomów

47,XXY -1i 1000 30'/o Trisomia 21= 1j' 9B

##,k YY -1#1000 #

# 5trukturalne

(gTównie

autosomów)

32'/o

Ryc. 60. Bardziej dokładne dane dotyczące rodzajów aberracji

chromosomalnyeh występujących u noworodków. Oprócz monosomii 45,X

w zasadzie wszystkie aberracje liczbowe chromosomów płciowych i

autosomów - to tri;omie. Porównaj z ryc. 59.

Zwraca uwagę wększa częstość występowania aberracji liczbowych

chromosomów plciowych niż autosomów, pomimo że chromosomy płciowe

są tylko dwa, natomiast autosomów jest 44. Jest to

najprawdopodobniej spowodowane tym, że wiele spośród aberracji

liczbowych autosomów prowadzi do poronienia. Natomiast wśród

aberracji strukturalnych przeważają u noworodków nieprawidłowości

autosomów, gdyż aberracje te riie powodują tak dużych zaburzeń w

materiale genetycznym jak aberracje liczbowe i dlatego też ńie są

przyczyną tak dużej śmiertelnośri. Wśród aberracji liczbowych

chromosomów płciowych zwraca uwagę względna rzadkość kariotypu

45,X. Nie jest to jednak spowodowane tym, że aberracja ta występuje

rzadżiej niż inne aberracje liczbowe chromosomów p#ciowych, lecz

faktem, że płody z tą aberracją są często ronione, gdy-# ok. 20o/o

płodów z poronień samoistnych wykazuje kariotyp 45,X (ryc. 58).

Podobnie wśród aberracji autosomalnych, mniejsza częstość

występowania trisomii nr 13 niż pozostałych trisomii jest

prawdopodobnie związana z faktem mniejszej 'zdolności przeżycia

tych płodów.

#BADANIA CYTOGENETYCZNE U SIEDMIOI OSMIOLETNICH DZIECI

#Badania cytogenetyczne objęły 4342 dzieci z populacji ogólnej w

wieku 7 - 8 lat i były wykonane przez sześć ośrodków

cytogenetyczny#h w USA i opublikowane wspólnie w 1977 r. przez

Patila i wsp. Wykazały one, że częstość #występowania aberracji

chromosomalnych u badanych dzieci wynosi 1:200, wa więr ró#ni sdę

tylko bardzo nieznacznie od częstości wy5tępowania aberracji

chromosomalnych u noworodków. Wykazano natomiast, że wśród badanych

dzieci stwderdza się, w porównaniu z noworodkami, mniejszą częstość

występowania trisomii autosomalnych, co jest spowod4wane tym, że

część

110

chorych z trisomiami autosomalnymi zmarła lub została oddana do

zakładówspecjalnych. Częstość występowania aberracji strukturalnych

autosomów była natomiast taka sama jak u noworo#ków. Przeprowadzone

badania wykazały ponadto, że dużą częstość występowania aberracji

chromosomalnyeh stwierdza się nie tylko wśród potomstwa matek

starszych, lecz również wśród potomstwa matek bardzo młodych.

Częstość występowania aberracji chromosomalnych u potomstwa matek

poniżej 20 roku życia była podobna do tej, jaką stwierdza się u

potomstwa matek w wieku 35 - 39 lat. Z przedstawionych danych

wynika, że najmniejszą częstość występo#,ania aberracji

chromosomalnych stwierdza się u potom= stwa matek będących ok. 25

roku życia, przy ezym dla populacji białej optymalny u#iek wynosi

25 - 27 lat, natomiast dla populacji czarnej 23 - 25 lat. Ponad

20o#o matek dzieci z de tz.ovo powstałymi aberracjami chromoso=

malnymi poddano prześwietleniu jamy brzusznej lub miednicy w roku

poprzeclzającym zajście w ciążę, co wskazuje na znaczenie

promieniowania w powstawaniu aberracji chromosomów w komórkach

płciowych. Wskazuje również na to fakt, że wśród kobiet, które

urodziły dziecko z aberracją chromosomalną, częściej spotykało się

osoby stykające się zawodowo z promieniowaniem, np. pracownice

medyrzne.

BADANIA CYTOGENETYCZNE U OSÓB NIE PRZYSTOSOWANYCH SPOŁECZNIE ORAZ

U OSÓB UPO#LEDZONYCH UMYSŁOWO

Najobszerniejsze dane na ten temat zostały opublikowane przez

Smitha i Jacobs. Wśród pacjentów szpitali z maksymalnym nadzorem

oraz wśród osólt. nie przystosowanych społecznie zwraca uwagę duża

częstość występowania mężczyzn z kariotypem 47,XYY, a wżęc z

obecnością dwóch chromosomów płciowych Y. Dalsze badania wykazały,

że mężczyźni z kariotypem 47,XYY znajdują się nie tylko w zakładach

specjalnych lub więzieniach, lecz również w populacji ogólnej i że

obecność dwóch chromosomów płciowych Y nie musi prowadzić do

antysocjalnego zachowania lub przestępstwa. Faktem jest #ednak, że

obecność kariotypu 47,XYY jest dużo częściej spotykana wśród osób,

które weszły w kolizję z prawem. Badazria prowadzone wśród osób nie

przystosowanych społecznie wykazały, że najczęściej stwierdzanymi

aberracjami chromosomalnymi były nieprawidłowoścń liczbowe

chromosomów płciowych spowodowane obecnością dodatkowego chromosomu

płciowego, w postaci kariotypu 4.7,XYY lub 47,XXY. Wśród osób

upośledzonych umysławo najczęściej stwierdzaną aberracją

chromosomalną była trisomia 21 (zespół Downa). Dość często

występowały# również translokacje autosomalne. W z#kresie aberracji

chromosomów płciowych u osób upośledzonych umysłowo stwierdzano

obok kariotypu 47,XXY lub 47,XXX komponent 48,XXXY lub 49,XXXXY

występtxjący w postaci mozaiki. Mozaik„ takiej nie stwierdza się w

populacji ogólnej, gdyż obecnośćů ponad trzech chromosomów

płciowych prowadai do poważnych zaburzeń, zarbwno w rozwoju

psychicznym, jak i somatyeznym. Natomiast najczęściej= występującą

aberracją strukturalną - jest zespół łamliwego chromosomu X.

II#

POilSUMOWANIE

;gadania cytogenetyczne płodów i noworodków dostarczają istotnych

danyeh porównawczych, które pozwalają określić maczenie zmian

chromosomalnych w zaburzeniach rozwojowych płodów. Częstośe

występowania aberracji chromosomalnych u płodów z poronień

samoistnych przekracza 50o/o wśród płodów z poronień sztucznych

wynosi ponad 2o/o. Natomiast ogólną częstość występowania aberracji

chromosomalnych u zarodków i płodów ocenia się na ponad 10o/o. Ta

pozorna różnica pomiędzy 2a/o z poronień sztucznych a ogólną liczbą

ponad 10o/o tłumaczy się faktem, źe płody z aberracjami

chromosomalnymi są ronione najczęściej w pierwszych tygodniach

ciąży, a więc materiał z poronień sztucznych jest już matex~iałem,

który nie obejmuje licznych poronień samoiśtnych, jakie miały

miejsce we wczesnym okresie rozwoju. Częstość występowania

aberracji chromosomalnych u noworadków wynosi 1:150, natomiast u

siedmio- i ośmioletnich dzieci z populacji ogólnej wynosi 1:200.

Badania prowadzone wśród osób nie przystosowanych społecznie

wykazały, ie najczęściej stwierdzanymi aberracjami chromosomalnymi

były kariotypy 47,XYY lub 47.XXY. Wśród osób upośledzonych umysłowo

najczęściej stwier#lzaną aberracją chr4mosomalną była trisomia 21

(zespół Downa). VII. Dziedziczenie jednogenowe

Ja#ek Za#e#nba

ODKBYCIA MENDLA

Prawidła rządzące dziedziczeniem uwarunkowanym obecnością

pojedynezych genów zostały odkryte i ogłośzone przez Grzegorza

Mendla w 1865 i 1866 r. Odezyt wygłoszony przez Mendla na

posiedzeniu Towarzystwa Histor Naturalnej w Brnie (8 luty, 1865

r.) oraz publikacje z 1866 r. nie wywołały większego

zainteresowania wśród współezesnych mu uczonych. Po prostu nie

zdołali pojąć, a więc i docenić doniosłości obserwacji poczynionych

przez Mendla. Dopiero po 34 latach przypomniano sobie o tym uczonym

i ponownie "odkryto" jego prawa. Grzegorz Mendel, jak powszechnie

wiadomo. badał groch i obserwował przekazywanie z pokolenia na

pokolenie takich cech, jak barwa kwiatów, kształt nasienia itp.

Czyniąc te obserwaeje, sam zapewne nie zdawał sobie w pełni

spr„,#vy z ich uniwersalności w przyrodzie. Pierwsze prawo Mendla

dotyczy segregacji genetycznej. Oparte jest na kilku wnioskach z

wspomnianych wyżej obserwacji, a mianowicie: a) cechy dziedziczne

uwarunkowane są obecnością jednostek dziedżiczenia - obecnie

zwanych genami (Mendel posługiwał się terminem "czynnik"), b) geny

są przekazywane z pokolenia na pokolenie za pośrednictwem gamet, c)

geny występują w parach.

Tę ostatnią koncepeję uznaE należy za szezególnie doniosłą. Parę

homologicznych genów określa się obeenie jako allele. Są one

usytuowane symetrycznie w obrębie homologicznych chromosomów, a

zajmowane przez nie miejsca określa się terminem locż (liczba

pojedyneza - locus). Prawo segregacji w bardziej nowoczesnej wersji

stwierdza, iż homologiczne geny (allele) u danego osobnika

oddzielają się jeden ad drugiego, tzn. segregują, w trakcie

tworzenia się gamet (jaj i plemników). Dzięki temu każda z gamet

zawiera tylko po jednym z każdej pary genów. Obecnie, gdy znane są

mechanizmy podziału mejotycznego, prawo to wydaje się oczywiste. W

czasach !Vlendla było to jednak odkrycie epokowe. Drugie prawo

Mendla dotyczy niezależnego dżiedziczenia par alleli dwóch różnych

genów. Osobnik podwójnie heterozygotyczny Aa i Bb wytwarza więc

cztery możliwe typy gamet: AB, Ab, aB i ab. Loct. t2 (Aa i Bb)

dziedziczą się zatem niezależnie. W świetle nowszych danych, prawo

to wymaga uzupełnienia i weryfikacji. Trzecie odkrycie Mendla

dotyczy dominacji i recesywności genów w odniesieniu do fenotypu.

Według słów samego Mendla: "te cechy, które są prze

B - Zarys genetpki 113

kazywane w całości lub prawie niezmienione przez krzyżowanie

(hybrydyzację), a więc stanowią o cechaeh mieszańca (hybrydy),

określa się jako dominujące, zaś te, które w tym procesie

przechodzą w stan utajenia, jako "recesywne". Chodzi oczywiście o

to, czy dane cechy ujawniają się u heterozygot, czy tylko u

homozygot. Pod pojęciem genu rozumiemy podstawową jednostkę

dziedziczenia równoznaczną z odcinkiem DNA zawierającym od kilkuset

do kilku tysiący par zasad'. Kolejność (sekwencja) par zasad może

być bardzo różna, dzięki czemu każdy gen cechuje się odrębną budową

i zawiera swoistą informację. Funkcja poszczególnych genów polega

na sprawowaniu kontroli nad syntezą różnych białek - enzymatycznych

i strukturalnych. Dok3adne informacje na temat mechanizmów

dziedziczenia na szczeblu molekularnym znajdzie Czytelnik w

odpowiednim rozdziale (p. rozdz. II). Tu natomiast zajmiemy się

praktycznymi aspektami dziedziczenia mendlowskiego w odniesieniu do

genetyki klinicznej. Mendel czyniąc swoje obserwacje, nie wiedział,

że geny znajdują się na chromosomach. Przypomnijmy tu, że para

odpowiednich alleli usytuowana jest w tych samych miejscach na

chromosomach odpowiedniej pary. Jeden z nich pochodzi od ojca, a

drugi od matki. Dzieje się tak dzięki podziałowi mejotycznemu (p.

rozdział II). Niezależne dziedziczenie cech uwarunkowanych

pojedynczymi genami realizuje się w ten sposób, iż w podżiale

mejotycznym każda para chromosomów dzieli się niezależnie. Tak więc

podział pierwszej pary chromosomów jest niezależny od podziału pary

drugiej itd. Konsekwencją tej niezależności podziałów

poszczególnych par jest ogromna zmienność gamet. Ponieważ w

kariotypie człowieka występują 23 pary chromosomów, a każda z nich

dzieli się niezależnie, liezba powstających z jednakowym

prawdopodobieństwem typów gamet wynosi 2X2X2... =2#'=8 388 608. W

rzeczywistości liczba możliwych wariantów gamet jest znacznie

większa, ponieważ, jak pamiętamy z opisu podziału redukcyjnego, w

trakcie mejozy dochodzi do wymiany homologicznych odcinków w

obrębie poszczególnych par chromosomów. Dzięki podziałowi

mejotycznemu poprzedzającemu zapłodnienie dochodzi więc nie tylko

do redukcji liczby chromosomów o połowę (dzięki czemu liczba

chromosomów w każdej komórce somatycznej w kolejnych pokoleniach

pozostaje stała), lecz także do gruntownego "przetasowania" genów

i chromosomów.

DZIEDZICZENIE AUTOSOMALNE DOMINUJĄCE I RECESYWNE

Prawa Mendla sprowadzają się właściwie do tego, iż znając genotypy

obojga rodziców, można przewidzieć, jakie będą genotypy potomstwa

i w jakich proporcjach będą one występować. Oczekiwane proporcje

genotypów potomstwa można przedstawić graficznie za pomocą tzw.

kwadratów Punnetta. Rycina 61 przedstawia dwa takie przykłacly.

Zestawienie sześciu możliwych kombinacji genotypów rodziców i

oczekiwane proporcje genotypów potomstwa przedstawia tab. 17 i ryc.

61. Interpretując dane zawarte w tej tabeli, należy zwrócić uwagę

na dwie istotne sprawy. Po pierwsze, proporcje podane w tabeli

odnosić można wyłącznie do genbw znajdujących się na autosomach.

Dziedziezenie cech, których geny mie

# Niektóre geny są szczególnie duże, np. wielkość genu dystrofil

mięśniowej Duchenn'a ocenia się na dwa miliony par zasad.

114

T a b e I a 17. Zestawienie 6możliwych kombinacji genotypów

rodziców i oc%eki-wane proporeje genotypów wśród potomstwa w

dziedziczeniu autosomalnym - do-minującym lub recesywny#

Lp. Genotypy Proporcje genotypów w potomstwie

rodziców AA Aa aa

1 AAXAA 1 0 0

2 AA x Aa 1/2 1/2 0

3 Aa x Aa 1/4 1/2 1/4

4 AA X aa 0 1 0

5 Aa x aa 0 1/2 1/2

6 aaxaa 0 0 1

#jCIeC Aa

Gamety Matko aa

0 a

Gomety Matka Aa

b a

Ryc. 61. Proporcje genotypów u potomstwa w dziedziczeniu

autosomalnym przedstawione graficznie za pomocą kwadratów Punnetta

(patrz kombinacja 3 i 5 w tab. 17). A - gen autosomalny dominujący,

a - gen autosomalny recesywny.

szczą się w obrębie chromosomów płciowych, #mówione jest oddzielnie

(p. niżej). W ubu typach dziedziczenia autosomalnego płeć w

zasadzie nie odgrywa roli. Po drugie, należy zaznaczyć, że geny

dominujące umownie omaczamy literą dużą (np. A), zaś geny recesywne

małą literą (np. a). W dziedziczeniu autosomalnym dominującym

wystarczy obecność (w genotypie) tylko jednego genu dominującego

(A), ażeby dana cecha ujawniła się w fenotypie. Dla ujawnienia

eechy autosomalnej recesywnej konieczna jest obecność dwóch

odpowiednich alleli recesywnych (aa). Znając te proste zależności

i dysponując zestawieniem podanym w tab. 17, możemy podać

oczekiwane proporcje potomstwa dla obu typów dziedziczenia

autosomalnego. Rycina 61 przedstawia tzw. wyidealizowane' schematy

rodowodów dla wszystkich kombinacji występujących w tab. 17. Biorąc

pod uwagę wspomniane wyżej prawidłowości dziedziczenia dominującego

- przy kombinacjach 1, 2 i 4 całe potomstwo będzie wykazywać daną

cechę dominującą - nie

' W rodowodzie "wyidealizowanym" proporcje potomstwa z określonym

genotypem odpowiadają ściśle wartościom oczekiwanym,

115

zależnie od tego, czy będą to homozygoty AA, czy też heterozygoty

Aa; przy kombinacjach 3 i 5 część potomstwa (o genotypie aa) nie

będzie wykazywać danej cechy - odpowiednio 1/# i #/a, Zupełnie

inaczej przedstawia się natomiast ujawnianie się eechy recesywnej

uwarunkowanej występowaniem genu a w podwójnej dawce. Cecha taka

ujawni się u części potomstwa - przy kombinacjach 3, 5 --

odpowiednio w i/4, w i/2 przypadków, zaś przy kombinacji 6 u całego

potomstwa. W badaniach genetyc#nych bardzo ważna jest analiza

rodowodów oparta na szczegółowym wywiadzie i badaniu poszczególnych

członków rodzin. W poszczególnych rodowodach rozkład osobników z

cechą przekazywaną w sposób dominujący jest pionowy, ponieważ

często cechę dominującą obserwuje się w kolejnych pokoleniach. Przy

dziedziczeniu autosomalnym recesywnym spotyka się rozkład "poziomy"

- występowanie danej cechy obserwuje się zazwyczaj tylko w jednym

pokoleniu. W następnych pokoleniach dana cecha nie występuje - stąd

nazwa cecha recesywna, tzn. "ustępująca". Dzieje się tak dlatego,

ponieważ szansa, że osobnik homozygotyczny aa wykazujący daną cechę

napotka drugą osobę posiadającą ten sam, zazwyczaj rzadko

występujący gen recesywny a, jest nieduża. Małżeństwo z osobą o

genotypie AA może dać tylko zdrowe potomstwo heterozygotyczne Aa

(patrz kombinacja 4 w tabeli). Spokrewnienie rodziców wydatnie

zwiększa szansę wystąpienia danej cechy, ponieważ oboje mogą być

nosicielami tego samego genu odziedziczonego od wspólnego przodka.

Zagadnienie to zostało omówione w rozdziałach XI i XIV. Wspomnijmy

tu więc tylko, że częstość małżeństw spokrewnionych w populacji

ludzkiej nie jest duża: w Europie i Ameryce częstość małżeńśtw

pomiędzy kuzynami I stopnia wynosi 0,01. W Japonii małżeństwa takie

spotyka się sześciokrotnie częściej (0,06). Znajduje to swój wyraz

w częstszym występowaniu wielu chorób recesywnych autosomalnych w

populacji japońskiej. Wśród rodziców dzieci dotkniętych rzadkimi

chorobami o tym typie dziedziczenia obserwuje się szezególnie duży

odsetek małżeństw spokrewnionych (tab. 18). Dane przedstawione w

tabeli 18 wykazują, że po pierwsze, wśród rodziców dzieci z

rzadkimi chorobami recesywnymi autosomalnymi odsetek małżeństw

pomiędzy kuzynami I stopnia jest znacznie większy niż w populacji

T a b e 1 a 18. Odsetek małżeństw spokrewnionycb - pomiędzy

kuzynami I stopnia wśród rodziców dzieci dotkniętych rzadkimi

chorobami recesywnymi autosomalnymi

Nazwa ehoroby Częstość małżeństw między kuzynami I stopnia wśród

rodziców dzieci chorych w %

Stany Zjednnczone (1%) Japonia (6%)

Ślepota na barwy, pelna

(a.chro#n.atopsia)

Albinizm

20 4g Xeroder#m,a pigmentosum

Rybia luska wrodzona

Choroba Taya-Sachsa gg

Przy nazwach państw podano odsetki malżeństw pomiędzy kuzynami I

stopnia (dane wg Hartla).

116

ogólnej, a po drugie, że częstość małżeństw spokrewnionych wśród

rodziców dżieci dotkniętych rzadkimi chorobami autosomalnymi

recesywnymi jest tym większa, im większa jest częstość takich

małżeństw w populacji ogólnej. Badania prowadzone na zwierzętach

doświadezalnych wskazują dobitnie że chów wsobny wpływa w znacznym

stopniu na ujawnianie się chorób re- cesywnych autosomalnych. Na

przykład wg Rodricka (1977 r.) liczba znanych chorób autosomalnych

recesywnych u hodowanych wsobnie myszy jest wy- raźnie większa

aniżeli liczba ehorób dominujących: odpowiednio 222 (63o/o) i 194

(37 /o). W populacji ludzkiej odpowiednie wartości przedstawiają

się na- (70 % j #Wg c Moroby recesywne autosomalne 626 (30#/a), a

dominujące 1442 cKusicka, 1988). Stąd można wnosić, że w genomie

człowieka znajduje się jeszeze dużo dotychezas nie ujawnionych i

nie zidentyfikowa- nych genów chorób recesywnych autosomalnych.

Chorób genetycznie uwarunkowanych jest więc bardzo wiele, ale na

szezę- ście większość z nich występuje rżadko, ponieważ mała jest

częstość warun- kujących je genów. Stąd prawdopodobieństwo

wystąpienia u obojga rodziców #enu tej samej rzadkiej choroby jest

bardzo niewielkie. Częstość genu mu- kowiscydozy (zwłóknienia

torbielowatego trzustki) - najezęstszej spośród chorób recesywnych

autosomalnych - wynosi 1:50. Co dwudziesta piąta osoba jest zatem

zdrowym nośicielem lub nosicielką tego genu *. Prawdopo- dobieństwo

spotkania się w małżeństwie dwóch osób mających ten sam gen

mukowiscydozy wynosi więc 1:25xl:25=1:625, a częstość występowan:a

cho- roby wynosi odpowiednio 1:50x1:50=1:2500.

#^. AA

AA AA AA

I: A

A :1 Aa ##;, AA

3 # AA # # ##a aa

#`A aa

Aa Aa Aa Aa

5 #a Ao A" a#.

# o#=cb#;k ptci mg5kie# D.#5 żeński.,j

a ao 6 ca ca aa #;

, ń

:=:yc. 62. Sehematy rodowodbw -,vvyidealizowane" - w dziedziczeniu

autosort:;zlnyzn: dominującym i recesywnym (porównaj z danymi w

tab. 17).

Mała częstość patologicznych genów w populacji ogólnej sprawia, iż

tylko niektóre z 6 rozważanych wyżej kombinacji genotypowych (tab.

17 i ryc. 62) są praktycznie ważne. W odniesieniu do chorób

autosomalnych dominujących jest to kombinacja 5: oczekiwana

proporeja osób chorych - równoznaczna z ryzykiem zachorowania -

wynosi i/2 (patrz także ryc. 63a).

* Częstość genu podaje się w przeliczeniu na liczbę chromosomów,

która jest oczywiście dwukrotnie większa od liczby osób w danej

populacji.

117

#c ao Aa Ža Ryc. B3. Najbardziej charakterystyczne ů kombinacje

genotypów rodzicielskich av dziedziczeniu chorób autosomalnych

domi-u# Aa Ao aa AA ,qo p,o # nujących (a) i autosomalnych

recesywnych (b). W dziedziczeniu dominującym gen chorobowy

oznaczony jest literą A; w a b dziedziczeniu recesywnym literą a.

# osobnik zdrowy

# osobnik chory

fl żdrowy nosiciel recesywnego

autosomolnego genu chorob#

W odniesieniu do chorób autosomalnych recesywnych natomiast

najważniejsza jest kombinacja 3, w której oboje heterozygotyczni

rodzice są zdrowymi nosicielami genu chorobowego a. Ryzyko

urodzenia się dziecka chorego#omozygoty aa wynosi w tym wypadku

1/#; s/# potomstwa jest zaś zdrowe: '/a stanowią homozygoty AA i

'/: zdrowe heterozygoty Aa (p. także ryc. 63b).

Proporeja genetyczna dla cech uwarunkowanych autosomalnie

dominująco wynosi więc 1:2, a dla cech uwarunkowanych autosomalnie

recesywnie 1:4. Ocaywiście, możliwe, lecz dużo mniej prawdopodobne

jest napotkanie innych spośród 6 wymienionyeh kombinacji genotypów

rodzicielskich. W chorobach dominujących możliwa, choć bardzo

rzadka, jest kombinacja 3, gdy oboje heterozygotyczni małżonkowie

dotknięci są tą samą chorobą. 7#nane są np. wypadki zawierania

małżeństw przez osoby dotknięte aehondroplazją *. Ryzyko

wystąpienia choroby u potomstwa wynosi wówezas teoretycznie 3:4.

Istnieją jednak dane, pozwalające sądzić, że homozygoty AA - mające

gen achondroplazji w podwójnej dawce - nie są zdolne do życia.

Prawdopodobieństwo urodzenia dotkniętego achondroplazją i zdolnego

do życia dziecka wynosi więc w takim wypadku nie 3 :4, lecz 2 :3.

W chorobach reeesywnych autosomalnych niekiedy - choć bardzo rzadko

- możemy mieć do czynienia z kombinacją 5, gdy partnerem lub

partnerką dotkniętej chorobą homozygoty aa jest osoba mająca gen

patologicz

'i ;1 b e : a 19. Przvkładv chorób dominujących autosomalnych

Nazwa choroby Lokalizacja genu na chromosomie

Achondroplazja

Stwardnienie guzowate (selerosfs tuberosa)

NerwiakowlókniakowatośE (choroba Recklinghausena) Choroba Crouzona

(dysostosfs cra#t.i.ofacżalis) Hipereholesterolemia rodzinna

Porfiria ostra przerywana

Dystrofia miotoniczna Steinerta

Pląsawica Huntingtona

Choroba Charcota, Marie i Tootha (jedna z postaci choraby)

Siatkówezak plodowy Torbielowatość nerek, postać dorosłych

Zespół paznokciowo-rzepkowy

Choroba afektywna (psychoza maniakalno-depresyjna)

9q11 - q22 l7cen - q22

19p13.2 - p 13.1 llq23.2 - qter l9cen - q12

4p16.3

Ip22 - q23

13#14.1

16p13.31 - p13.12 9q34

llpl5.5

* Karłowaty wzrost w związku z zaburzeniem rozwoju chrząstek -

choroba dziedzicząca się w sposób dominujący.

118

T a 5 e 1 a 20. Przykłady chorób recesywnyeh autosomalnych

Nazwa choroby Lokalizacja genu na chromosomie

Jaskra wrodzona (glaucoma)

Maloglowie prawdziwe (microcephal%a veru)

Galaktozemia

Fukozydoza

Mukopolisacharydoza I (choroba Hurler)

Mannozydoza

Gangliozydoza GMz (choroba Taya i Sachsa)

Leukodystrofia metachromatyczna

Fenyloketonuria

Glikogenoza II (choroba Pompego)

Choroba Wilsona (zwyrodnienie wątrobowo-soczewkowe) Mukowiscydoza

ehromosom 11 lq31 - q32.l 9p13 lp34 22q11

19p13.2 - q13.2 15q22 - q25.1 22q13.31 - qter 12q24.l 17q23 13q14

7q23.3 - q23.1

ny w pojedynczej dawce (heterozygota Aa). W takim wypadku ryzyko

wystąpienia choroby wynosi nie 1:4, lecz 1:2, a więc jest

charakterystyczne dla chorób dominujących. Możliwa, lecz również

rzadka jest kombinacja 6, gdy parę małżeńską tworzą osoby dotknięte

tą samą chorobą recesywną (homozygoty aa). W takim wypadku ryzyko

urodzenia chorego, homozygotycznego dziecka wynosi oczywiście 1,

tzn. l00o/o. Do małżeństw takich dochodzi np. pomiędzy osobami

głuchoniemymi, głuchoniemota wrodzona w większości przypadków

dziedziczy się bowiem w sposób recesywny autosomalny. Przykłady

chorób autosomalnych - dominujących i recesyw#nych podano w tab. 19

i 20.

DZIEDZICZENIE SPRZ#ŻONE Z PŁCIĄ

Sprzężenie z płcią jest rozumiane na ogół jako równoznaczne z

usytuowaniem danego genu na chromosomie X. Dlatego alternatywnie

używa się terminu "sprzężenie z chromosomem X". W istocie

"sprzężenie z płcią" jest terminem szerszym, ponieważ może

obejmować również sprzężenie z chromosomem Y; na chromosomie tym

zidentyfikowano jednak dotąd tylko kilka genów, w tym gen

określający różnicowanie się jąder TDF (testis determining factor),

znajdujący się w ramieniu krótkim (p) chromosomu Y. Szansa

ujawnienia się cechy recesywnej sprzężonej z chromosomem X różni

się w zależnośei od płci (p. ryc. 64). Kobieta ma dwa chromosomy

Xmoże być zatem w odniesieniu do danego genu sprzężonego z płcią

heterozygotą lub homozygotą. Ujawnienie się cechy sprzężonej z

płcią u kobiety podlega więc takim samym prawom jak przy

dziedziezeniu autosomalnym: dla ujawnienia się cechy recesywnej

konieczne jest wystąpienie genu w podwójnej dawce (aa); dla

ujawnienia się cechy dominującej wystarczy obecność genu A na

#ednym z pary chromosomów X. U mężczyzny, który ma przecież tylko

jeden chromosom X, dla ujawnienia się danej cechy wystarczy

obecność jednego genu recesywnego (a) usytuowanego na tym

chromosomie; w odniesieniu do genów sprzężonych z chromosomem X

mężczyzna jest nie hetero-, lecz hemizygotą. Zestawienie B

możliwych kombinacji genotypów rodziców i oczekiwane proporcje

genotypów u ich potomstwa w dziedziczeniu recesywnym sprzężonym z

chromosomem X przedstawia tab. 21.

119

r, A 4-

A = 4A A# áA

Aa 4

A# a - 4 # A

a- Aa oA A Ac A# Aa aa 0-

r'::#,. p%c#i rn#skie;

r; #:; i'#. #T:#! ::2il5ki8) ## #`.#rll# Zjra\^ly#

~ ;:k cho#y O : ::-icielkc!.-,#i

.3i

Aa 4a a-- r.

aa o

a0 0- 00 a

#.yc. 64. "Wyidealizowane" rodowody w dziedziczeniu recesywnym

sprzężonym z płcią (porównaj z danyxxii w tab. 21).

T a b e I a 21. Dziedziczenie recesywne sprzężone z chromosomem X:

6 możliwych kombinaeji genotypów rodzieów i oczekin#ane proporcje

genotypów ai ich potemstwa 6#' zależności ed płci (porówn2j z rye.

E#)

Lp. Matka Ojciec Córki Synowie (XX) (XY)

AA Aa aa A- # a1 AAx A- 1!2 1/2 - 2 AaXA- 1/4 li4 1/4 1/4

1 2 1 /2 3 aa

xA- I - /

4 AA x a- - 1/2 - Il2 - „ Aaxa-- 1/4 1!2 - 1/2 6 ' aax a- 1/2 - 1

Praktycznie najważniejsza, bo najczęściej spotykana, jest

kombinacja 2. w której kobieta - zdrowa nosicielka przekazuje gen

połowi# swego potumstwa: połowie córek, które - tak jak ich matka -

stają się nosicielkami genu i połowie synów, u których dana eecha

(choroba) ujawnia się. Ryzyko wystąpienia choroby u potomstwa płci

męskiej wynosi wigc w tyxn wypadku i;', (p. także ryc. 65a). Ważna

jest także kombinacja 4: jak widać, całe potomstwo chorego ojca

jest zdrowe, z tym że wszystkie córki stają się nosicielkami genu

chorobowego a (rye. 65b). Występowanie chorób przekazywanych w

sposób recesywny sprzgżuny z płcią u l#o#iet należy do rzadkości.

V4'ynika to z przedstawionych wvżej prawideł

120

# ' XA '#u;k;c

r Xa

Netko

6 xA

Ryc. 65. Proporeje genetyczne u potomstwa w dziedziczeniu

recesywnym sprzężonym z płcią przedstawione graficznie za pomocą

kwadratów Punnetta (porównaj kombinacje 2 i 4 w tab. 21). Dla

podkreślenia, iż mamy do czynienia z dziedziczeniem sprzężonym z

płcią, zaznaczono pary chromosomów matki - XX i ojcaXY ; a -

recesywny gen chorobowy 5a : matka zdrowa nosicielka g#nu

chorobowego a - choruje połowa potomstwa płci męskiej: połowa

potomstwa płeż żeńskiej to zdrowe nosicielki genu a. b: ojciec

chory - całe potomstwo jest zdrowe; #vszystkie dziewezęta są

nosicielkami genu chorobowego a.

rządzących tym typem dziedziezenia. Jeżeli np. dana cecha

uwarunkowana w taki właśnie sposób u mężezyzn występuje z

częstością I:10, to prawdopodobieństwo jej wystąpienia u kobiety

jest tylko dziesięciokrotnie mniejsze 1/10 =1/100. Przy częstości

cechy 1:100 u mężezyzny prawdopodobieńśtwo wyśtąpienia jej u

kobiety jest już śtukrotnie mniejsze, tzn. 1:10000, a dla częstości

1:1000 - tysiąckrotnie mniejsze, tzn. 1:1000 000. Choroby recesywne

sprzężone z płcią wyśtępują bardzo rzadko. Jedną z najczęstszych

spośród nich jest dystrofia mxęśniowa Duchenne'a, która u chłopeów

występuje z częstością 1:3000; jest więc zrozumiałe, że przypadki

zachorowania wśród dzieweząt śpotyka się wyjątkowo. W innych na

ogół znacznie rzadziej występujących chorobach recesywnych

sprzężonych z płcią prawdopodobieństwo zachorowania kobiet jest tak

znikome, że praktycznie można je pominąć. Zatem dla rodowodu, w

k;tórym występuje choroba recesywna sprzężona z płcią,

charakterystycane jest, iż chorują tylko synowie, a w związku z

tym, że gen choroby przekazywany jest przez kobiety - cz#sto także

T a b e 1a 22. Przykłady ehoró# sprzężons ch z c#romnsomem X

Lp.Nazwa choroby Lokalizacja genu na chromosomie X 1 Dystrofia

mięśniowa Duchenne'a Xp22.1

2 Dystrofia mięśniowa Beckera Xp22.1

3 Dystrofia mięśniowa Emezy'ego i Dreifussa Xq28

4 Zespół jąder feminizujących Xpll - qll 5 Choroba Charcota,Marie

i Tootha XqI3- q21

E liemofilia A. Xq28

9 Hemofilia B Xq27.1- q27.2 8 Zespół Leseha i Nyhana Xq26- q27.2 9

Nlukopolisacharydoza II (choroba Huntera) Xq26- q2#

10 $lepota na barwy (daltonizm) Xq28

11 Zespół łamliu,ego chromosomu X (Fra X) Xq27.31

12 Hipofosfatemia dziedziezna Xp22

121

bracia matki (a czasem i jej ojciec) dotknięci są chor#bą (patrz

także rozdział Analiza rodowodów). Znane jest także dziedziczenie

dominujące sprzężone z płcią - choć chorób w taki sposób

uwarunkowanych jest niewiele. W tym typie dziedziczenia kobiety

chorują dwukrotnie częściej niż mężczyźni, ponieważ mają dwukrotnie

więcej chromosomów X. Chora, heterozygotyczna kobieta przekazuje

chorobę połowie swego potomstwa - niezależnie od płci. Chory

mężczyzna przekazuje chorobę wszystkim swoim eórkom i żadnemu ze

swych synów. Przykładem cechy fizjologicznej przekazywanej w ten

sposób jest grupa krwi Xg (a -ł-). Przykłady chorób sprzężonych z

chromosomem X podano w tab. 22. Na 12 chorób podanych w tab. 22, 11

dziedziczy się w sposób recesywny sprzężony z płcią, a tylko jedna

(pozycja 12) w sp#sób dominujący sprzężony z płcią. Zespól

łamliwego chromosomu X charakteryzujący się obecnością chromosomu

X markera - z przewężeniem w miejscu odpowiadającym w przybliżeniu

pozycji genu, tzn. Xq27.31 - również częściowo spełnia kryteria

dziedzicz#nia dominującego sprzężonego z płcią, ponieważ część

kobiet - heterozygot dotknięta jest upośledzeniem umysłowym* -

chociaż z reguły lżejszego stopnia niż chorzy mężczyźni.

WYBRANE ZAGADNIENIA DOTYCZĄCE DZIEDZICZENIA JEDNOGENOWEGO

PROPORCJA GENETYCZNA - SPOS6B U#PALNIANIA SI# OD áL#DU SELEKCJI

W tłumaczeniu prawideł dziedziczenia jednogenowego posługiwaliśmy

się dotąd tzw. wyidealizowanymi rodowodami, w których proporcja

osób zdrowych odpowiadała ściśle wartości oczekiwanej. Oczywiście,

w praktyce mamy do czynienia z sytuacją zupełnie inną: oczekiwana

proporcja sprawdza się tylko w stosunkowo niewielkiej liczbie

rodzeństw. W wypadku roślin i zwierząt doświadczalnych, takich jak

groszek czy muszka owůocowa, problem taki nie istnieje, ponieważ

dysponujemy dostatecznie dużą liczbą potomstwa i możemy ograniczyć

się do liczenia osobników o takim lub innym fenotypietak np. jak to

czynił Mendel w swoich doświadczeniach z grochem. U człowieka

stajemy przed dużo trudniejszym zadaniem, liczebność potomstwa z

poszczególnych par rodzicielskich jest bowiem bardzo znikoma -

rzadko powyżej 4. Nie możemy zatem oczekiwać, żeby typowe dla

różnych typów dziedziczenia proporcje sprawdzały się w

poszczególnych rod2eństwach. Wyjściem z sytuacji jest zebranie

większej liczby rodzin i badanie proporcji genetycznych w

skomasowanym materiale. Tu jednak narażeni jesteśmy na popełnienie

błędu selekcji, a to z następujących przyczyn: Po pierwsze,

trafiają do nas wytącznie takie rodziny, w których wystąpiły

przypadki choroby, a rodziny, w których przypadki takie nie

wystąpiły, wypadaja nam z pola widzenia. Dla przykładu: nie ma w

tym nic dziwnego, że w wielu wypadkach rodzice, zdrowi nosiciele

cech recesywnych autosomalnych Aa X Aa, mają wy#ącznie zdrowe

dzieci; szansa urodzenia z takich par rodzicielskich dziecka

zdrowego wynosi 75o/o, a więc przy odrobinie szczęścia

' Zespól łamliwego chromosomu X jest, po zespole Downa, drugą pod

względem częstośd występowania; znaną przyczyną upośledzenia

umyslowego glębszego stopnla.

122

osoby takie mogą mieć wyłącznie zdrowe dzieci i nigdy nie

dowiedzieć sig o potencjalnym zagrożeniu. Po drugie, zrozumiałe

jest, że rodziny z większą liczbą potomstwa chorego mają większą

szansę trafienia do naszych poradni aniżeli rodziny, w których

wystąpiły tylko pojedyncze przypadki choroby. Przyjmuje się, że

prawdopodobieństwo natrafienia przez nas na rodzeństwa z dwoma lub

trzema osobami chorymi jest odpowiednio 2 lub 3 razy większe niż

prawdopodobieństwo natrafienia na rodzeństwo z jedną osobą chorą.

T a b e 1 a 23. Rozkład 256 czteroosobowych rodzeństw w zależności

od liczby chorycb homozygot aa #

Typ rodzeństwa Oczekiwana lic#l#a

81 108 31,6 42,2

54 12 21,1 4,9

1 0,4

Łącznie

256

100,0

' Wartości podane w tabeli otrzymano w wyniku rozwinięcia wyrażenia

(3/4-#-#1/4)4, w którym 3/4 stanowią osoby zdrawe o genotypie Aa i

AA lącznie, a I/4 osoby chore o genotypie aa.

Tabela 23 przedstawia rzeczywisty rozkład czteroosobowych rodzeństw

w zależności od liczby osób dotkniętych chorobą recesywną

autosomalną (gen#typ aa; genotyp rodziców we wszystkich przypadkach

Aa X Aa). Jak wynika z wartości podanych w tej tabeli, można

oczekiwać, że tylko 42a/o rodzeństw czteroosobowych będzie

wykazywać typową dla dziedziczenia recesywnego autosomalnego

proporcję osób chorych. W blisko 32#/o rodzeństw przypadki choroby

w ogóle nie wystąpią. Spróbujmy teraz na przykladzie pokazać, w

jaki sposób można uwolnić się od popełnienia błędu selekcji przy

obliezaniu proporcj i genetycznej.

Ryc. e6. Sposób uwalniania się od blędn selekcji w oblIczaniu

pr^mporćji genetycznej (opis w tekście).

Oaa # laa # 2aa # 3aa # 4aa

l I3

PrzypuśEmy, że trafiła do nas pewna liczba trzyosobowych rodzeństw

z różną liczbą dzieci dotkniętych jedną z chorób podejrzanych o

genetyczne uwarunkowanie (ryc. 66a i 66b). Jak przedstawiono na

ryc. 66, w materiale naszym znalazło się 16 rodzeństw, w których,

na globalną licżbę 48 członków rodzeństw, odnotowano łączrzie 24

przypadki choroby, tzn. '/r. Jest to proporcja, której można byłoby

oczekiwać przy autosomalnym dominującym typie dziedziczenia.

Zdajemy sobie jednak sprawę z tego, iż z podanych wyżej powodów

materiał, którym dysponujemy, musi byE obciążony poważnym błę#em

selekeji. Jednym ze skutecznych sposobów uwolnienia się od tego

błędu jest pominięcie w każdym rodzeństwie jednej chorej osoby

(ryc. 66b). Uzys?rujemy w ten sposób wartości s/#Q = 1/4, która

odpowiada proporcji typowej dla dziedziczenia recesywnego

autosomalnego. 1Va takim właśnie podejściu oparta jest jedna z

metod obliczania proporcji genetycznej opracowana przez Weinberga,

w której stosuje się wzór:

R-N T-N

gdzie: p oznacza proporcję genetyczną, R - liczbę osób chorych,

#Tliczbę wszystkich członków rodzeństw łącznie, N - liczbę

rodzeństw. Podstawiajac nasze wartoścl do powyższego wzoru

otrzymujemy: 24-16 8 1 48 -16 32 4

Znamy oczywiś„e wiele meto„ obliczania proporcji genetycznej, które

stosujemy w zależności od rodzaju materiału, którym dysponujemy, a

ściślej: od sposobu, za pomocą którego materiał nasz został

zarejestrowany. Dalsze rozwijanie tego tematu wykracza jednak poza

tematykę tego rozdziału.

KO#lOMFNACJA

iiodominaeja istnieje wówczas, gdy w jednym Locus może znajdować

się więcej zziż jeden allel dominujący. Sytuacja taka ma miejsce

np. w wypadku grupy krwi ABO (locus ABO znajduje się na chromosomie

9q34). Odpowiednie allele można oznaczyć A, B i 0. Osoby o

genotypie AA lub AO mają grupę krwi A, osoby o genotypie BB lub á0

mają grupę krwi á, genotyp 00 odpowiada grupie 0; wreszcie istnieje

genotyp i grupa AB. Ta# więc zarówno geny A, jak B są domin#.xjące

w stosunku do genu 0. Geny A i á w stosunku do siebie są zaś

kodominujące. W istocie sprawa jest nieco bardziej złożona,

ponieważ mogą występować dwie odmiany genotypu A: As i A#. Warianty

genotypów miejsca genowego ABO można przedstawić w postaci trbjkąta

(ryc. 67). PodAB

AO BO :`= A

Ryc. 67. #Varianty fenotypów miejsca genowego grup krwi AB0.

Fenotyp AB (wierzchołek trójkąta) świadczy o kodominacji.

12#

#amety #,r;

Ojciec BO

.#am#!# ' A

P#atka AA

b A

Ojciec

B g

Ryc. 68. (a) Genotypy potomstwa AO i BO świadczą o dominacji genów

A i B w stosunku do genu 0ů gen recesywny 0 ujawnia się tylkn w

postaci homozygotycznej, natomiast genotyp AB świadczy o

kodominacji: w fenotypie ujawniają się oba ge- ny A i B. (b) Jeśli

rodzice są homozygotami AA i BB, to oba geny A i B ujaw- niają się

u całego p#tomstwa.

stawę trójkąta stanowią trzy genotypy homo#ygotyczne, reszta

genotypów to heterozygoty, przy czym genotyp AB (wierzchołek

trójkąta) stanowi przykład kodominacji. Rycina 68 przedstawia dwa

przykłady segregaeji genotypów rodzicielskich pozwalające na

prześledzenie kodominacji genów A i B. Kodominujące są także geny

grupy krwi M i N, których locus znajduje się na ehromosomie 4q28 -

q31. Przyklad obliczania częstości tych genów w populacji o#ólnej

znajdzie Czytelnik w rozdziale XI - Genetyka populacyjna.

MUTACJE

Zagadnienie to w różnych aspektach zostało omówione w rozdziałach

IX i XI. W tra#ycyjnym ujęciu mutacja jest zmianą zachodzącą w

obrębie materialu genetycznego DNA, w znacznej większości

przypadkóv# stabilną, która może być przekazywana z pokolenia na

pokolenie; sposoby przekazywania zostaty omówione powyżej. Mutacja

może dotyczyć różnych poziomów organizacji materiału genetycznego -

począwszy od grubych zmian dotyczących ehromosomów, jak różne typy

aneuploidii - aż do drobnych zmian na s#rzeblu molekularnym.

Rozdział ten poświęcony jest dziedziczeniu jednogenowemu, dlatego

też mutacje, o których jest tu mowa, dotyczą zmian zachodzących w

obrębie pojedynczych genów. Charakter mutacji na srczeblu

molekularnym rozpoznaje siQ bądź pośrednio - za pomocą badania

produktów bialkowych poszczególnych genów lub mRNA' bądź

bezpośrednio, dokonując analizy samego DNA. Mutacje na paziomie DNA

można podzielić na dwie zasadnirze kategorie: a) mutaeje punktowe

polegające na podstnwieniu (substytucji) jednego nukleotydu w

miejsce drugiego,

' m - messenger RNA czyli RNA informacyjn# - powstaje nn matrycy

DNA w procesie transkrypcji, a następnie po przejściu do eytoplazm#

sam tnrorzy matrycę (w obrębie rybosomów), na htbrej syntetyzuje

się odpawiedni rodznj bia#kn (procrs zwany translncją).

125

b) mutacje związane ze zmianą długości nici DNA (length mutations)

polegające na delecji (ubytku) lub addycji, czyli wstawieniu nowego

odcinka DNA; ubytek bądź nadmiar materiału genetycznego może

dotyczyć od jednego do wielu tysięcy nukleotydów. Mutacja punktowa

może bye wywołana zmianami zarówno sekwencji niekodujących -

intronów, jak i sekwencji kodujących - egzonów. Zmiana dotycząca

tylko jednego nukleotydu może powodować: a) mutacje zmiany sensu

(missense mutation) - gdy zmiana jednej zasady w kodonie powoduje

zastąpienie w białku jednego aminokwasu przez drugi, b) mutacje

nonsensowne polegające na zastąpieniu kodonu sensownego,

oznaczającego określony aminokwas, przez kodon nonsensowny,

równoznaczny z sygnałem,stop", oznaczającym terminację procesu

translacji. Mutacje zmiany sensu powodują zmianę właściwości

biologicznych białka. Mutaeje nonsensowne - zazwyczaj znoszą

całkowicie funkcję danego białka. Mutacje punktowe mogą zabuizać

procesy transkrypcji, np. poprzez zmianę w obrębie promotora, czyli

sekwencji DNA, w którym zostaje zapoczątkowana transkrypcj a.

Zmiana pojedynczego nukleotydu może także zaburzać proces cięcia i

składania (splicing), a więc obróbki mRNA. Wynikiem tego jest

powstanie nieprawidłowego mRNA, który nie może ulec translacji

(przełożeniu) na prawidłowe białko. Delecje lub duplikacje mogą być

vc,ywołane zaburzeniami podczas koniugacji, np. koniugacją

nieh.omologicznych odcinków chromosomów bądź nierówną wymianą

(crossing over) materiału genetycznego. Delecje stanowią

prawdopodobnie od 5 do 15"/o znanych mutacji, przy czym w

niektórych chorobach genetycznych proporcja ta jest szczególnie

duża, np. już obecnie wiadomo, że w dystrofii mięśniowej Duchenne'a

przynajmniej w 70o/o przypadków mechanizm mutacji polega na

delecji. Bliższe dane na temat mutacji na szczeblu molekularnym

znajdzie Czytelnik w specjalnych opracowaniach poświęconych tym

zagadnieniom. Dziedziczne mutacje powstają w komórkach rozrodczych

męskich lub żeńskich w okresie poprzedzającym gametogenezę lub w

czasie gametogenezy - w różnych jej stadiach. Wspomnieć należy, że

mutacje mogą dotyczyć materiału genetyeznego także w komórkach

somatycznych, te ostatnie nie są jednak dziedziczone. Należy zdawać

sobie sprawę, że mutaeje były i są źródłem całej zmienności

genetycznej: nowe allele powstają tylko przez mutacje, nie ulega

więc wątpliwości, że obok innych czynników omówionych w rozdziale

XI - są one jednym z zasadniezych czynników ewolucji gatunków. Jcst

to ogromnie szerokie zagadnienie obejmujące bardzo wiele aspektów.

Istnieją mutacje nieszkodliwe - oboję#ne lub pozytywne, oraz

szkodliwc - negatywne. Tymi ostatnimi zajmuje się w głównej Fnierze

genetyka kliniczna. przy czym pojęcie szkodliwości jest również

względne. Niektóre mutacje szkodliwe w podwójnej dawce genu mogą

bowiem okazać się pozytywne, gdy gen występuje w dawce pojedynczej.

Jako przykład można tu podać niedokrwistośe sierpowatokrwinkową;

pojedynczy zmutowany gen daje odporność na malarię, natomiast ten

sam gen w podwójnej dawce jest przyczyną ciężkiej, nieuleczalnej

choroby krwi. W rozdziale XI podano sposoby obliczania ezęstości

mutacji. #V tym miejscu podamy dwa przy#łady z użyciem metod:

bezpośredniej i pośredniej. a) Obliczanie częstości mutacji

achondroplazji - metoda bezpośrednią.

126

Acbondroplazja jest chorobą przekazywaną w sposób autosomalny

dominujący z pełną penetracją genu. W badaniach przeprowadzonych w

Danii w nie wyselekcjonowanej populacji 94 097 noworodków wykryto

8 przypadków choroby; wszyscy rodzice tych dzieci byli zdrowi',

uznano więc, że wszystkie stwierdzone przypadki choroby były

wynikiem nowej mutacji. U 94 075 osób występuje łącznie 2 X 94 075

= 188 150 miejsc genowych '*. Mutacja wystąpiła w 8 miejscach

genowych, częstość mutacji zatem wynosi:

8 :188 150 = 0,00004 = 4 X 10## na jedno pokolenie.

b) Obliczanie częstości mutacji w stwardnieniu guzowatym (scleros%s

tuberosa) metodą pośrednią. Badania przeprowadzone zostały w Polsce

w 1968 r. Najpierw obliczono częstość występowania stwardnienia

guzowatego w populacji ogólnej. Ustalono, że częstość występowania

tego schorzenia w domach opieki dla osób z głębszym stopniem

upośledzenia umysłowego wynosi l,lo/o. Badania przeprowadzone

wcześniej, pozwoliły na ustalenie, iż głębs#e upośledzenie umysłowe

w Polsce występuje z częstością 0,4o/o. Częstość stwardnienia

guzowatego w Polsce można więc było oszacowae na:

11 : 1000 X 4 : 1000 = 44 : 1000000.

Dokładne badania rodzinne oraz analiza rodowodów, w których

występowały przypadki stwardnieaia guzowatego, pozwoliły na

stwierdzenie, że w połowie rodzin choroba ta wystąpiła po raz

pierwszy - przypadki te uznano za nowe mutacje. Częstość mutacji

otrzymujemy, mnożąc częstość występowania choroby przez proporcję

nowych mutacji (1/r); otrzymaną wartość mnożymy jeszcze raz prze#

'/e, ponieważ, jak podano wyżej, częstość mutacji podaje się w

odniesieniu do liczby miejsc genowych:

44 ů 10#" X #/z X #/z = 11 X 10#"

Częstość mutacji stwardnienia guzowatego wynosi więc 11 na milion

miejsc genowych na jedno pokolenie "*. Częstość mutacji można też

obłiczać inną metodą pośrednią, która oparta jest na założeniu, że

między mutacjami a selekcją istnieje stan równowagi. Metoda ta

posługuje się pojęciem "przystosowanie genetyczne", które wyraża

się stosunkiem prawdopodobieństwa, że osoba dotknięta daną chorobą

będzie mieć chorego potomka (a więc będzie w stanie przekazać gen

choroby na następne pokolenie) do prawdopodobieństwa tego, że

zdrowy członek rodzeństwa tej osoby będzie mieć zdrowego potomka.

Jest to tzw. wskaźnik różnicowy płodności. Częstość mutacji (#n.)

dla dziedziczenia autosomalnego dominującego wyraża się wzorem:

m = #/2 ' a (1 - f)

gdzie: m oznacza częstość mutacji, n - częstość genu, f -

przystosowanie genetyczne. Wszystkie osoby dotknięte stwardnieniem

guzowatym, które zostały uwzględ

' W przypadku choroby dominującej, charakteryzującej slę pelna

penetracjagenu, stwierdzenie. iż rodzice chorego dziecka są zdrowi,

uważa się za dowód na powstanie nowej mutacji. " CzgstośE mutacji

podaje się w przeliczeniu na liczbę m3ejsc genowych danej

populacji, tzn. na liczbę chromosomów, na których darty gen może

występowaE. '*' W późniejszym okresie obliczenie to przeprowadzono

ponownio na podstawie nieco innego materiatu i otr#ymano wartośE

18x10#i.

121

nione w powyższym obliczeniu, dotknięte były upośledzeniem

umysłowym głębszego stopnia, można je więc uznać za całkowicie

niezdolne do reprodukeji. Możemy więc uznać, że f = 0. Zatem:

m # #/2 ů 22 ů l0#g. (1 - 0) = 11 X 10#"

NIEZALE#NA SEGREGACJA, REKOMBINACJA I SPRZ#ŻENIE

Drugie prawo Mendla o niezależnym dziedziczeniu genów - w świetle

późniejszych badań - wymaga uzupełnienia. Okazało się bowiem, że

niezależne dziedziczenie dotyczy nie wszystkich miejsc genowych. W

istocie wzajemna względem siebie pozycja genów deeyduje o tym, czy

podlegają one segregacji niezależnej, czy też nie. Miejsca genowe

znajdujące się na niehomologicznych chromosomach zawsze podlegają -

tak jak to ustalił Mendel - segregacji niezależnej. Geny

znajdujące się na tym samym chromosomie zazwyczaj przekazywane są

jednak łącznie, tak więc ich segregacja nie jest niezależna,

chociaż musimy pamiętać, że podezas koniugacji, w mejozie często

dochodzi do wymiany (crossing over) części materiału genetycznego

pomiędzy homologicznymi chromosomami; skutkiem tej wymiany jest

rekombinacja części materiału genetycznego w obrębie chromosomów.

Prawdopodobieństwo łącznego przekazania dwóch genów przynależnych

do tego samego chromosomu zależy od odległości, jaka je od siebie

dzieli. Im większa jest to odległość, tym większa jest śzansa, że

zostaną od siebie oddzielone podezas crossing over. Jeżeli zatem

geny takie znajdują się w dużej odległości od siebie - np. na

przeciwległych końcach chromosomu o stosunkowo dużych wymiarach,

wówezas erossing over może wystąpić pomiędzy nimi nawet

kilkakrotnie, co sprawia, że segregują one niezależnie. Geny

znajdująee się na tym samym chromosomie określamy jako synteniczne,

a geny blisko siebie położone, segregujące zazwyczaj łącznie - jako

sprzężone. Tak więc syntenia nie zawśze jest równoznaczna ze

sprzężeniem. Za miarę odległości pomiędzy dwoma genami na danym

chromosomie przyjmuje się ilość powstającyeh na tym odcinku

rekombinacji (w wyniku wymian - crossing over); dzieląc liczbę

gamet zrekombinowanych przez liczbę gamet niezrekombinowanych

oblicza się tzw. frakeję rekombinacji pomiędzy miejscami genowymi,

a odległość pomiędzy nimi wyraża się w jednostkach mapy genowej.

Jednostka mapy genowej odpowiada lo/o rekombinacji pomiędzy

miejscami genowymi - określa się ją również jako jeden eentiMorgan

(crJ1)'. Na przykład odległość 4 jednostek mapy genowej (4 cM) jest

równoznaczna z 4o/o rekombinacji pomiędzy danymi miejscami

genowymi. Częstość rekombinacji, jak już wspomniano, wzrasta w

miarę zwiAkszania się odległości pomiędzy genami aż do 50o/o -

wartości charakterystycznej dla genów usytuowanych na chromosomaeh

niehomologicznych. W związku z tym o sprzężeniu mówi się wówezas,

gdy odsetek rekombinacji jest mniejszy niż 50o/o (50 cM). Całkowita

długość genetyczna haploidalnego zestawu chromosomów człowieka

wynosi ok. 3000 cDJ1 **. Długość genetyczna chromosoma 1 w genomie

* 1 cM odpowiada prawdopodobnie w przybliżeniu I milionowi par

zasad. *' Chiazmy widoczne pod mikroskopem w materiale biopsyjnym

z gonad męskich są uchwytnym morfologicznie dowodem na erossing

over, szyli dokonującą się rekombinacjq. Jedna wymiana (srossing

over) jest równoznaczna z 50A6 rekombinacji, czyli 50 cA#1. Jak

wykazują obserwacje, w mejozie u mężezyzny ne

128

człowieka - stanowiąeego 9ojo całkowitej długości haploidalnego

zestaww autosomów - wynosi przynajmniej 250 cM, a więc geny

usytuowane na, końcach tego chromosomu, mimo iż są synteniczne, nie

są sprzężone.

:#lAPOWANIE GENllW W GENOMIE CZŁOWIEKA

Badania nad sprzężeniami genów u muszki owocowej zapoczątkowali w

1911 r. Thomas Hunt Morgan i wsp. Natomiast zasługa przypisania

pierwszeg# genu d# chromosomu u ezłowieka przypadła w udziale

Wilsonowi (również w 1911 r.), który wydedukował, że gen ślepoty na

barwy znajduje się na chromosomie X. W ciągu następnych lat, na

podstawie analizy rodowodów, przypisano wiele innych genów do

chromosomu X. Przypisanie pierwszego genu do autosomu nastąpiło

dopiero w 1968 r., kiedy to Donahue i wsp udało się uzyskać dowód

na to, że gen grupy krwi Duffy znajduje się na chromosomie 1; grupa

Duffy w badanym rodowodżie segregowała łącznie# z ehromosomem 1 o

wydłużonym odcinku heterochromatycznym. Jednakże w okresie

poprzedzającym to odkrycie kilku badaczom - rów= nież na podstawie

analizy rodowodów - udało się ustalić sprzężenie po= między

niektórymi genami autosomalnymi - bez przypisania ich do

konkretnych chromosomów. I tak np. ustalono sprzężenie pomiędzy

grupą krwi Lutheran i cechą secretor (wydzielacz) (1951 r.); w 1955

r. Renwick i Lawler ustalili sprzężenie pomiędzy genem grup krwi

ABO i zespołem rzepkowo-paznokciowym (dominujący zespół wad

rozwojowych) stwierdzając tylka 13o/o rekombinaeji *. Od 1960 r. do

analizy sprzężeń zarzęto stosować programy komputerowe; znacznie

udoskonalono je w latach siedemdziesiątych. Prawdziwą karierę w

mapowaniu chromosomów człowieka zrobiła metoda międzygatunkowej

hybrydyzacji komórek somatycznych. Już w 1960 r. Barski po raz

pierwszy stwierdził możliwość otrzymania hybr#d (mieszańców)

komórkowych w ho= dowli dwu różnych nowotworowych linii komórkowych

myszy. W 1964 r. Littlefield opracował metodę pozwalającą na

izolację czystych linii komórek hybryd spośród komórek wyjściowych,

polegającą na zastosowaniu pożywek selektywnych. W 1967 r. Weiss i

Green uzyskali po raz pierwszy mysio-ludzką hybrydę komórkową.

Zwrócili przy tym uwagę na zachodzącą stopniowo utratę ehromosomów

człowieka z linii mieszańca. Po raz pierws-zy zdano sobie wówezas

sprawę, że międ#ygatunkowe hybrydy (zazwyczaj człowiek-mysż lub

człowiek-chomik) mogą stanowić nieocenione narzędzie w badaniach

nad sprzężeniami genetycznymi. W metodzie hybrydyzacji komórek

somatycznych niezbędne jest także zastosowanie badań biochemicznych

- w celu wykrycia ludzkich znaczników (markerów) enzymatycznych,

przy czym enzym można uważać za znacznik, jeśli jego forma

występująea u człowieka może być odróżniona od homologicznej formy

enzymu występującego u myszy lu# chomika. Można wyprowadzie linię

komórkową mieszańca, w której znajduje się tylko kilka chromosomów

człowieka lub tylko fragment któregoś z chromoso

22 autosomy pr#ypada ok. 52 chiazm. Stąd całkowitą dtugość

genetyczną autosomów można szacować na ok. 2600 cM, a lącznie z

ehromosomami ptciowymi naok. 3000 cM. * Dziś wiadomo, żc geny grupy

Lutheran i cechy secretor znajdują się nn chromosomie 19, a geny

grupy ABO i zespołu paznokciowo-rzepkowego na chromosomie 9.

# - Zarys genetvk# 129

#nów człowieka ", co nierzadko, po przeprowadzeniu badań, o których

mowa, pozwala na ustalenie, że gen warunkujący obeeność u hybrydy

danego znacz;nika biochemicznego (np. enzymu) znajduje się na

określonym chromosomie lub w określonym odcinku tego chromosomu.

Metoda hybrydyzacji komórek somatycznych była, jak dotąd,

najbardziej wydajna w mapowaniu genomu #człowieka. Spośród wielu

innych metod stosowanych w tym celu wymieńmy tu jeszcze trzy : -

Metodę dawki genu - opartą na stwierdzeniu korelacji pomiędzy

określoną aberracją chromosomalną a zawartością produktu danego

genu. Na pizykład w trisomii można spodziewać się zwiększenia

zawartości niektórych produktów w związku z obecnością trzech

zamiast dwóch alleli; od~wrotnie w przypadkach delecji, w których

zamiast dwóch alleli obecny jest tylko jeden. W ten sposób

przypisano np. fosfatazę kwaśną 1 do chromoso#mu 2. - Metodę

hybrydyzacji żn situ z zastosowaniem sond RNA lub DNA, znakowanych

np. izotopem promieniotwórczym. Sonda taka, zawierająca znana

#sekwencję RNA lub DNA, otrzymana metodami stosowanymi w inżynierii

#genetycznej, odszukuje swój odpowiednik w jednym z chromosomów i

hybryůdyzuje z nim; można to wykazać za pomocą autoradiografii. -

W ciągu ostatnich lat w mapowaniu genomu człowieka zastosowano

także metodę opartą na badaniu polimorfizmu długości fragmentów

restrykcyjnych DNA - z zastosowaniem różnych enzymów restrykcyjnych

(endonukleaz) produkowanych przez bakterie (patrz rozdział XVI). Do

25 marca 1988 r. udało się zmapować łącznie 1941 miejsc genowych,

#w tym : 776 - metodą hybrydyzacji komórek somatycznych,

362 - metodą hybrydyzacji żn situ,

334 - metodą analizy sprzęźeń w poszczególnych rodzinach,

117 - metodą dawki genu,

77 -metodą polegającą na wykorzystaniu polimorfizmu długości

fragmentów restrykcyjnych DNA, 275 - za pomocą innych metod.

Niektóre geny mapowano przy użyciu dwu lub kilku metod. O tym, jak

'bardzo szybko dokonuje się postęp w tej dziedzinie, może świadczyć

fakt, że 480 miejsc genowych, a więc 25a/#, zmapowano w ciągu

niespełna roku .#od 15 kwietnia 1987 do 25 marca 1988 r.).

Przykłady chorób genetycznie uwarunkowanych, których geny zostały

już zmapowane podano w tabelach 19, 20 i 22.

LIGZBA GENbW DáTYCHCZAS ZIDENTYFIKOWANYCH U CZŁOWIEKA

"Według McKusicka do 25 marca 1988 r., głównie na podstawie cech

fenotypowych, wykazujących se#regację mendlowską, zidentyfikowano

łącznie -4361 ** fenotypów, z tego:

2570 (5.9'!'#) autosomalnych dominujacych, 1479 (34'#",)

autosomalnych recesywnych i 312 (7"/#) recesywnych sprzężonych z

płcią.

t W metodzie tej a#ykorzystuje się material pobrany od osób z

różnymt struktu-ralnymi aberracjami chromosomów, dzieki czemu można

otrzymać linie komór#kowe mieszańca zawieraiace różne fra#mentv

dowolnego chromosomu. ** W tym 2141 jednostek wymaga jeszcze

weryfikacji.

i30

T a b e 1 a 24. Liczba zidentyfikowanycb miejsc genowych głównie na

podstawie, segregacji mendlowskiej wg McKusicka (1988)

Rok Miejsca genowe Lącznle lp. wydania

Autosomalne Autosomalne Sprzężone z

dominującerecesywne chromosomem

1966

wyd. pierwsze837 (269)531 (237) 119 (68) 1487 (574) 1975

wyd. czwarte 1218 (583) 947 (466) 171 (93) 2336 (1142) 1986 wyd.

siódme 2201 (1172) 1420 (610) 286 (124) 3907 (1906) 1988 wyd. bsme`

2559 (1442) 1477 (626) 310 (139) 4346 (2207)

W nawiasach podano liczbę jednostek uznanych jako pewne

(potwierdzone). " Lista zamknięta w dniu 1 marca 1988 r.

Począwszy od 1966 r., co kilka lat, ukazuje się Katalog fenotypów

uwarunkowanych obecnością pojedynczych genów - w opracowaniu

McKusicka. Katalog zawiera listę wszystkich zidentyfikowanych

pozycji wraz ze# zwięzłą charakterystyką odpowiednich fenotypów. W

tabeli 24 podano liczby zidentyfikowanych fenotypów w czterech

wydaniaeh katalogu - w tym# pierwsze (1966 r.) i ostatnie (1988

r.). Prawie czterokrotny wzrost tej liczby można uznać za wykładnię

post#pu w genetyce człowieka w ciągu ostatnich: 22 lat. Z drugiej

strony należy zdawać sobie sprawę z tego, jak wielki jest jeszcze

obszar naszej niewiedzy w tej dziedzinie. Liczbę genów

strukturalnych: w genomie człowieka szacuje się bowiem na od 50

tysięcy do. 100 tysięcy, geny dotychczas zidentyfikowane stanowią

więc, w najlepszym razie, od 4 do 9o/o puli genowej człowieka.

PODSUMOWANIE

W rozdziale omówiono typy dziedziczenia jednogenowego, nawiązując

do, praw Grzegorza Mendla, podano proporcje genetyczne

charakterystyczne dla poszczególnych typów dziedziczenia, sposoby

obliczania proporcji genetycznej i uwalniania się od błędu selekcji

w tych obliczeniach. Krótko omówiono. mechanizmy mutacji; z

przykladami obliczania częstości mutacji w populacji ogólnej.

Wymieniono niektóre metody mapowania genów, a także podana liczbę

fenotypów zidentyfikowanych u człowieka do 1988 r. VIII.

Uwa#unkowanie

wieIocz#nnikowe

lgnacy Wald

#ixENETYKA C#:CH ILOSCIOWYCH A GENETYKA 1\ZENDLOWSKA

Obok cech segregujących w rodzinach dziedżiczonych zgodnie z

zasadami Mendla spostrzegano od dawna występowanie podobieństwa

rodzinnego, którego dziedziczenie odbiegało od tych zasad. Jesżeze

w XIX wieku badacz angielski F. Galton zaproponował metody mające

służyć do porównywania cech różnych członków rodziny. Metody te, a

zwłaśzeza współezynniki regresji i korelacji, były wykorzystywane

do porównywania cech pomiędzy różnymi typami krewnych oraż do

porównania wartości cech w określonych grupach #sób i w populacji

ogólnej. Służyły sżezególnie dobrze do badania cech wykazujących

zmienność ilościową, takich jak np. wzrost lub masa ciała. Tak ;ię

więc złożyło, że z początkiem XX wieku rożwijały się dwa typy badań

genetycznych - genetyka mendlowska, zajmująca się przede wszystkim

badaniem cech jakośe;owy#h, i genetyka cech ilościowych,

wykorzystująca techniki korelacyjne. Dopiero w 1918 r. z#Tybitny

statystyk brytyjski R. A. Fisher wykazał, że ůw;:półezynniki

korelacji uzyskiwane przy porównywaniu cech ilościowych można

wytłumaczyć, zakladając, że cecha jest uwarunkowana przez wiele

genów o wpływie addyty#,#nym. Okazało się zatem, że nie ma, jak

przypuszezano dawniej, zasadniezej różnicy między genetyką

m#dlowską a genetyką ilo;f'IOV4 ą. Tak więc genetyka ilościowa jest

w gruncie rzeczy badaniem dciedżiczenia wielogenowego. W

uwarunkowaniu cech zależnych od wielu czynników oprócz genów

istotną rolę mogą odgrywać również c#ynniki zewnątrzpochodne.

Dlatego też coraz częściej zamiast o dziedziczeniu wielogenowym

mówi się o uwarunkowaniu wieloczynnikowym, obejmującym zarówno

uwarunkowania geńetyczne wielogenowe, jak i wpływ różnych czynników

zewnętrznych. Idealnym modelem dziedziczenia wieloczynnikowego jest

ten, w którym ceeha zależy od dużej liczby drobnych czynników

addytywnych. Wykresem takiej zależności jest dobrze znana krzywa

Gaussa, krzywa rozkładu normalnego, znajdującego ważne zastosowania

w badaniu zjawisk biologicznych. Nierzadko jednak w analizie

konkretnego zjawislsa spotykamy się z różnymi rzynnikami

zakłócającymi addytywność, takrmi np. jak dominacja, epistaza,

niejednorodność genetyczna itd. Dlatego też badacz analizujący

zjawiska uwarunkowane wieloezynnikowo chętnie dąży do

rozszezepienia ich na grupy prościej uwarunkowane. Niemniej analiza

wieloczynnikowa jest istotna do żbadania różnyeh cech o zmienności

ciągłej, a także różnych częstych zaburzeń takich jak wady

rozwojowe czy inne choroby, jak miażdżyca, cukrzyca cz#

sehizofrenia.

132

W analiza-ch takich cech istotne zna#zenie mają metody szacujące

wzajemną rolę uwarunkowania dziedzicznego i środowiskowego.

Szezególne znaczenie mają tutaj techniki badania bliźniąt i badania

dzieci adoptowanych.

BADAlVIE BLIŹNIf#T

Badanie b?iźniąt wprowadzone zostało przez F. Galtona w 1875 r.

jako metoda, lstóra miała rozstrzygnąć o wzajemnej roli ezynników

dziedzicznych i środowiskowych w warunkowaniu cech. Badania

następne wykazały, że sprawa nie jest tak prasta, niemniej metoda

ta odegrała historyczną rolę w rozwoju genetyki ezłowieka.

Bliźnięta monozygotyczne i dizygotyczne (jedno- i dwujajowe). Ciąża

bliźniacza zdarza się w populacjach europejskich w częstości mniej

więcej 1 na 90. Oznacza to, że co 45 dziecko ma brata lub siostrę

bliźniaka. Bliźnięta mogą być monozygotyczne, pochodzące z podziału

tej samej zygoty i mające identyczny genotyp, lub dizygotyczne, u

których proporeja wspólnych genów jest taka sama jak u z#.uykłego

rodzeństwa. Częstość rodzenia się bliźniąt monozygotycznych jest

różna w różnych populacjach, w Europie wynosi ok. 30o/o=

Najprostsza technika szacowania częstości par monozygotycznych

polega na porównaniu z częstością rodzenia się bliźniąt

różnopłciowyeh, które z reguły są dizygotyczne. Jeżeli zalożye, że

częstość bliźniąt dizygotycznych tej samej płci jest taka sama jak

częstość bliźniąt różnopłciowych, to wystarezy podwoić liczbę par

różnopłciowych i odjąć ją od liczby wszystkich bliźniąt, by

otrzymaE pierwsze przybliżenie liczby bliźniąt monozygotycznych.

Odróżnienie bliźnżąt mono- i dizygotycznych opiera się obeenie na

porci#xrnaniu wielu cech bioehemicznyc,h ciotyczących krwinek i

osecza, które b#dą takie same u bliźniąt monozygotycznych, mogą być

natnmiast rozmaite u bliźniąt dizvgotycznych. Przy odpowiednio

dużej liczbie cech można szacowa# prawdopodnbieństwo

monozygotyczności # dokładnaścią przekracza;ącą 99o/o. Zdarzają się

jednak niezwykle rzadkie przypadki, że u jednego z bliźni#t

mnnozygot5#cznych już po podziale zygoty może dojś## do powstania

jakiejś annrnalii. I tak, znane są przvpadki wystąnieni„ zespołu

Downa lub zespołu Turnera u jednego z bliźniąt mnnozygotycznych, są

one jednak bardzn rzadkie. Waine znaczenie w iagnnstyce

monozygotyezności rno#e mieć przyjriro#vanie przeszezepu skórnego

bliźniaka. Załnżeniem "metody bliźniąt" jest to, że wszelkie

różnice pomiędzy bli#niętami monozygotycznymi przypisuje się

wpływowi środowiska i porównuje si# je z różnicami u bliźniąt

dizy#ntycznych. Jako miarę odziedziczalnnści, jeśli chodzi o cechy

jakościowe, stosowano często wzór Holzingera (II):

Z,#z - Z#z H =

1 - Zn#

gdzie: Z oznaeza z#odność występowania cechy u bliźniąt mono- lub

dizy#. tycznych. Wzór ten jest bardzo niedokładny i używa się go

tylko jako pierwsze#6 przybliżenia. Dla cech ilościowych używano

wzoru:

VDZ, V NL

VDz

gdzie: V#z i Vnz oznacza warianeje odpo#iednio u bliźniąt mono- „

di2ygot#cznych:

133

Badanie bliźniąt nie odpowiada na pytanie, jaki jest typ

dziedziczenia cechy. Istnieją ponadto różne czynniki wpływające na

ograniczenie wartości tej metody, m.in. podobieństwo środowiska

rozwoju bliźniąt, zarówno w okresie życia łonowego, jak i po

urodzeniu, sposobu doboru par bliźniąt i inne. Dlatego też

szczególne maczenie mają takie badania w których dobór bliźniąt

prowadzi się nie dlatego, że mają one jakąś cechę lub jej nie,mają,

le#z tylko dlatego, że są bliźniętami.

T a b e 1a 25. Zgodność występowania niektórych chorób u bliźniąt

mono- i dizy-gotycznych (wg Haugego)

Zgodność

Choroba bliźnięta bliźnięta dizygo- monozygotyczne tyczne tej samej

płci Padaczka 10/27r 6/43 Psychoza maniakalno-depresyjna 10/15

Schizofrenia 4/9 4/33 Nadciśnienie tętnicze 20/80 10/106 Zawał

serca 22/84 22/159 Udar mózgowy 22/98 16/148 Gruźlica 50/135 42/267

fteumatoidalne zapalenie stawów 16/47 2/71 Dychawica oskrzelowa

30/64 24/101 # W liczniku podano liczby par zgodnych w mianowniku

liczby wszystkich par, w których co najmniej u jednego członka

stwierdzono cechę.

Podobnie zasługują na uwagę badania,w których analizuje się

szezególnie bliźnięta wychowywane oddzielnie. Z tego punktu

widzenia interesujące są zwłaszcza badania prowadzone w

Danii.Instytut Genetyki Człowieka w Ko-penhadze prowadził bowiem

rejestr wszystkich bliźniąt urodzonych w latach 1870-1910.Tabela

25podaje wyniki dotyczące niektórych ehorób.

BADANIE DZIECI ADOPTOWANYCH

Inną metodą oszacowania wzajemnej roli czynników genetycznych i

środowiskowych jest badanie dzieci adoptowanych i porównanie ich

cech z cechami rodziców biologiczn#ch i społecznych. Metoda ta jest

łatwiejsza do zastosowania w badaniu cech jakościowych. Jest ona

możliwa do stosowania tylko w tych społeczeństwach, gdzie prowadzi

się rejestr adopcji. Przykładem takiego badania jest praca wykonana

przez S. S. ftety'ego i wsp. na podstawie rejestrów duńskich

dotyczących dzieei adoptowanych oraz rejestru psychiatrycznego.

Badaniem objęto lata 1924-1947. Z 507 osób wychowanych przez

rodziców adoptowanych i przyjętych do szpitala psychiatrycznego

wybrano 33 probandów hospitalizowanych z powodu schizofrenii.

Dobrano również odpowiednią grupę kontroiną, odpowiadającą

probandom pod względem płci, wieku, wieku adopcji f stanu

ekonomicznego rodziny adoptującej. Następnie przeprowadzono badanie

zaburzeń psychicznych występuj#cych u biologicznych i adoptowanych

krewnych. Dane te przedstawia tabela 26. Jak wynika z tabeli, u

biologicznych krewnych probandów stwierdza aię

T a b e 1 a 26. Występowanie sehizofren wśród biologicznych i

adoptowanych lere- rt-nyeh probandów ze sehizofrenią i osób

kontrolnych

Probandzi

Chony

13'

50 74 Kontrolni

156 83 0,0072 >0,05

' W liczniku podano liczbę osób z rozpoznaniem sehizofrenii, w

mianowniku liczbę zbadanych krewnych. Punktem wyjścia dla próby

były 33 osoby z rozpoznaniem sehizofrenii oraz 33 osoby kontrolne.

T a b e 1 a 27. Częstość rozpoznania sehizoFrenii wśród krewnych

biologicznych l adoptowanych probandów z rozpoznaniem sehizofrenii

Iub kontrolnych

Probandzi Krewni biologiczni

9' 4

Chorzy 93 25

Kontrolni

0,0018 70,05

' W liczniku liczba osób z rozpoznaniem sehizofrenii, w mianowniku

liczba badanych krewnych. Próba obejmuje 19 probandów ehorych i 20

kontrolnych oddzielonych od rodziców biologicznych w pierwszym

miesiącu życia.

większą częstość sehizofrenii niż u krewnych adoptowanych. Dane te

potwierdzają się wówezas, gdy próbę ograniczy się do grupy osób,

które zostały adoptowane w pierwszym miesiącu życia (tab. 27).

Tabele 26 i 27 wskazują w istocie na rolę czynników biologicznych,

ponieważ matka jest dla dziecka nie tylko żródłem genów, ale także

źródłem innych wpływów niegenetycznych. Jednak dalsze badania,

prowadz#ne na materiale adoptowanego rodzeństwa naturalnego,

mającego wspólnego ojca, potwierdzają tezę, że istotną rolę

odgrywają tutaj czynniki genetyczne jtab. 28). Metoda badania

dzieci adoptowanych unika pewnych trudnnści związanych z metodą

bliźniąt, stwarza jednak tyle nowych trudności, że zastosowanie jej

jest dosyć ograniczone. Podnbnie jak metoda bliźniąt, i ta technika

nie potrafi wskazać typu przekazywania dziedzicznego.

Krewni biologiczni Krewni adoptowani

Krewni adoptowani

T a b e 1 a 2R. Występowanie sehizofrenii u rodzeństwa naturalnogo

mające#o wspól- nego ojca, probandów ze sehizofrenią i kontrolnych

Probandzi (liczba)

Chorzy (33)

Kontrola (34)

p (chorzy w porównaniu z kontrolą)

Liczba rodzeństwa

naturalnego mającego wspólnego ojca

63 64

#0,05

Liczba osób z rozpoznaniem sehizofrenii

14 2

C0,001

135

MIAIZY S#OSOWANE W ANALIZIE CECH UWA #UNKOWANYCH WIELOCZYNNIKOWO

Przy cechach uwarunkowanych wieloczynnikowo podstawową metodą

postępowania jest ocena podobieństwa między krewnymi. Stosuje się

do tego zazwyczaj współezynnik korelacji. Jeżeli korelacja między

krewnymi odpowiada proporeji genów wspólnych (tzn. identycznych i

pochodzących od jednego przodka), to można wnosić, że cecha jest

całkowicie uwarunkowana genetycznie, jeśli nie, to można

analizować, jaka część zmienności zależy od czynników

dziedzicznych. Najezęściej stosuje się dwie miary tego wpływu.

Pierwszą jest odziedziczalność w sensie szerszym albo stopień

determinacji genetycznej, czyli stosunek zmienności wywołanej

ezynnikami genetycznymi do całkowitej zmieńności

fenotypowej -.

Drugą -tak zwana odziedziczalność w znaczeniu węższym. czyli

proporeja zmiennośei wywołanej czynnikami addytywnymi do całxowitej

zmienności fenotypowej -. VA

i zi b 21 a 29. Proporeja gen#w svspólnych u osób spokrewnionych

Stox#„eń pokrewieństra#z # Pronoreje genów wspólnych

Rodzice,dziecko,rodzc:ństwo

Bliźniak znonozygotyczny

__1

Bliźniak dizygotyezny

Dziadek, babka, wnuki, wujek, ciotka, bratanek

siostx'zeniec,rodzeństwo przyrodnie 4

Kuzyn z pierwszej linii

Kuzyn z drugiej linii

Tabela 29 przedstawia proporeje genów wspólnych przy różnych

stopniach prawdopodobieństwa. Niekiedy, jako pożyteczną miarę

podobieństwa, stosuje się korelację między średnią wartością u

rodziców a probandem. Przy dziedzicaeniu addytywnym wartośe ta

wynosi j# '/Q, czyli 0.91. Korelacje przy dziedziczeniu

wieloczynnikowym wypadają optymalnie, jeśli geny mają właściwości

addytywne i nie ma dominacji. Jeśli występuje dominacja, to

współczynnik korelacji między krewnymi zmniejsza się. lnnym

czynnikiem wpływającym na wartość współezynnika korelacji między

#rewnymi jest stopień podobieństwa rodziców. Jeśli korelacja między

rodzicami względem danej cechy wynosi #r,, to korelacja rodzice -

dziecko i korelacja między rodzeństwem staje sig 1 + #, korelacja

zaś między średnią

1 -ł- 7n. wartością cechy u rodziców i u dzieci wynosi2

# #,

Cechą klasycznie uważaną za zależną prawie wyłącznie od działania

wieIu #ar genów addytywnych była całkowita liczba listewek skórnych

opuszek paledw. Wśpółezynniki korelacji między krewnymi prawie

całkowicie odpo- wiadały oczekiwanej proporeji genów wspólnych.

Dziś wiadomo, że sprawy te są nieco bardziej skomplikowane, niż t#

pierwotnie przypuszezano.

Tabela 30. Podobieństwo między krewnymi badane za pomocą

współezynnika korelacji dla niektórych cech u człowieka (wg Bodmera

i Cavalii-Sforza)

Współezynniki korelacji Cecha

rodzice - dziecko # rodzeństwo

Wzrost 0,51 0,56 Iloraz inteligeneji 0,48 O,„8 Całkowita liczba

listewek skórnych 0,48 0,5Q Skurezowe ciśnienie tętnicze krwi 0,24

0,33

Również i inne cechy ilościowe takie jak wzrost, długość kości

długich, wskaźnik inteligeneji, zależą w znacznej części od

dziedziczenia wieloczynnikowego, przy czym rola czynników

genetycznych może być dosyć znaczna. Tabela 30 wskazuje na

podobieństwo między krewnymi badane za pomocą współezynnika

korelacji dla niektórych cech u człowieka. Analiza danych

dotyczących ciśnienia krwi pozwala na oszacowanie odziedziczalności

w wąskim znaczeniu tego słowa na 48o/o, a odziedziczalności w

szerokim znaczeniu tego słowa na ok. 80o/o. Analiza podobieństwa

między krewnymi, jeżeli chodzi o wskaźnik inteligeneji, napotyka

istotne trudności. Zależą one od r„żnych przyczyn. Po piex`wsże,

wartości tej cechy w znacżnym stopniu zależą od jej definicji i

stosowanych metod pomiaru, które się różnią znacznie bardziej niż

przy ocenie cech somatycznych. Po drugie, oceniając pod tym

względem podobieństwo migdzy rodzicami i dziećmi, mamy do czynienia

nie tylko z dziedziczeniem biolo#ieznym, lecz również z

dziedziczeniem kulturowym. Rodzice bowiem prz#kazują d#ieciom nie

tylko swoje geny, ale również wpływy wychowaweze. Po trzeeie,

podobieństwo między rodzicami pod względem inteligeneji jest

zazwyczaj dość znaezne, a to, jak widzieliśmy wyżej, zwiększa

równ„eż współczynniki korelacji między rodzicami a potomstwem i

rodzeństwem. Dlatego też uzyskiwane w ten sposób wyniki stanowią

raczej maksymalne szacunl=i dla oceny roli czynników genetycznych.

Pró#uje się uzyskać dokładniejsze śzacunki podobieństwa między

rodzieami pod względem zdolności poznawezych przez stosowanie

różnych technik usilujących rozdzielić dziedziczenie kulturowe i

bioiogiczne. Służą temu celowi próby badania bliźniąt

monozygotycznych wychowywanych w różnyc.h warunkaeh środowiska,

badania rodzin adoptowanych, badania krewnych różnych stopni itd.

Niekiedy usiłowano wykorzystać badania genetycżne dotyczące cech

psychicznych w celu wykazania wyższości jednych ras nad innymi lub

dowiedzenia biologicznych podstaw nierówności społecznych. Próby

takie z reguły pozbawione są podstaw naukowych. Przy analizie tego

typu zjawisk należy również wziąć pod uwagę, że wysoki stopień

uwarunkowania genetycznegu cechy nie przekreśla bynajmniej

możliwości oddziaływania środowiskowego. Nawet przy proporeji roli

czynników dziedzicznych przekraczającej 80o/o zmienności cechy

zostaje bardzo wiele miejsca na oddziaływanże środowiskowe.

Przykładem tego jest m.in. taka cecha jak wzrost, odziedziczalność

jej

13#

szacuje się na 83o/o. Wiadomo, że w ciągu ostatnieh 200 lat wzrost

w popu- lacjach europejskich uległ istotnemu podwyższeniu. Zjawisko

to znane jest jako tak zwany trend sekularny. Nie może ono zależeE

od czynników gene- tycznych, ponieważ pula genów w populacjach

europejskich nie uległa za- sadniczej zmianie i wszystkie dane

wskazują na to, że zależy ono od czyn- ników środowiskowych, m.in.

dietetycznych.

MODELE WIELOCZYNNIKOWEGO UWARUNKOWANIA CIiORÓá

Analiza wielu częstych chorób wskazuje na to, że istotną rolę

odgrywają w nich czynniki genetyczne; nie układają się one jednak

wg znanych praw Mendla. Do chorób takich można zaliczyć chorobę

nadciśnieniową, niektóre postacie miażdżycy, chorobę wrzodową,

niektóre postacie odczynów alergicznych, m.in. dychawicę

oskrzelową, niektóre postacie jaskry, łuszczycy, niektóre choroby

psychiezne itd. Należą do nich również różne wady rozwojowe, takie

jak wrodzone wady serca, rozszczep podniebienia, rozszczep wargi i

podniebienia, wady ośrodkowego układu nerwowego i inne. Ryzyko

wystąpienia choroby jest tym większe, im więcej dany osobnik ma

genów patologicznych oraz im więcej działa na niego

zewnątrzpochodnych czynników szkodliwych. Przy dziedziczeniu tego

typu często zwraca uwagę zależność częstości występowania choroby

od stopnia spokrewnienia z probandem. Tak np. w różnych

zaburzeniach wieloczynnikowych częstość występowania zaburzeń u

rodzeństwa probanda jest podobna do częstości występowania zaburzeń

u jego dzieci. Cecha ta z reguły nie występuje w dziedziczeniu

jednogenowym reeesywnym, w którym chore dzieci rodzą się na ogół ze

zdrowych rodziców. Ponadto, w miarę spadku proporcji genów

wspólnych z probandem, zmniejsza się gwałtownie częstość

występowanża choroby. To właśnie porównanie częstości występowania

choroby u krewnych różnego stopnia oraz w populacji ogólnej stało

się podstawą do konstrukcji rozmaitych modeli. Przy zmienności

omawianego typu mamy również do czynienia z występowaniem zjawiska

prog'u. Prowadzi to do tego, że mimo iż zmienność zależy od wielu

czynników i ma charakter ciągły, to pr2ejawianie się cechy może być

uwarunkowane progiem zależnym od właściwości anatomicznych,

fizjologicznych lub embriologicznych organizmu. Skutkiem istnienia

efektu progowego powstaje nieciągiość w manifestowaniu się cechy.

Sytuację tę przedstawia rycina 69.

iii#il### RozkTad częstości w populacji Rozk Tad częstości wśród

chorych

Ryc. 69. Modcl uwarunkowania wie-loczynnikowego z progiem (wg

Falconera).

138

--# Podatność cdTkowita (genetyczna i środowiskowal

Zbliżony model, rozpatrujący tylko podatność genetyczną i nie

przyjmujący wprawdzie explicite założenia progu, ale wykładniczy

wzrost ryzyka zachorowania przy wzroście podatności genetycznej,

pokazuje rycina 70. Taki model chorobowy można również konstruować

na podstawie analiz rozpowszechnienia zaburzenia u krewnych różnych

stopni i w populacji ogólnej. Na ogół przyjmuje się, że

rozpowszechnienie wady uwarunkowanej wieloczynnikowo o charakterze

progowym wśród krewnych pierwszego stopnia probanda jest hliskie

pierwiastkowi z częstości tej wady w populacji ogólnej.

-u

Próg

X Podatność genetyCzna

IIIIIIII RozkTad częstości w populacji

p Prowdopodobieństwo zochorowania przy określonym poziomie

podatności RozkTad częstości wśród chorych

Ryc. ?0. Model uwarunkowania wieloczvnnikowego z wykladniczym

narastaniem ryzyka zachorowania w miarę wzrostu podatności

genetycznej.

=u # _ Populacja ogblna

N I

# Krewni llI stopnia ## Krewni I stopnia

X# 2

5rednia Średnia populacji chorych

Ryc. 71. Model dziedziczenia wieloczynnikowego rozszczepu wargi i

podniebienia. Na osi odciętych odlożono uwarunkowaną wielogenowo

podatność genetyczną.

Rycina 71 przedstawia model wieloczynnikowego uwarunkowania

rozszczepu wargi i podniebienia. Widać z niej, że wraz ze stopniem

pokrewieństwa zmniejsza się szybko częstość występowania wady. Inną

charakterystyczną cechą dotyczącą wad uwarunkowanych

wieloczynnikowo jest to, że jeśli wada w populacji występuje z

różną częstością u róż

139

-. Podatność genetyczna

nych płci, to wystąpienie jej u osoby płci mniej naraeonej na

ryzyko wady świadezy o znacznie większej podatności genetycznej tej

osoby na wadę. Zjawisko to po raz pierwszy opisane przez C. O.

Cartera, można zilustrować badaniami nad wrodzonym zwężeniem

odźwiernika. Zaburzenie to występuje u chłopeów z częstością ok. 5

na 1G00 urodzeń, a u dzieweząt ok. 1 na 1000 urodzeń. Chłopcy zatem

są pięciokrotnie bardziej narażeńi na ryzyko wystąpienia wady. Wada

ta była niezwykle niebezpieezna dla życia noworodka. Dopiero w 1912

r. Ramstedt wprowadził dość prostą metodę chirurgicznego leczenie

tej wady - przecięcie błony surowiczej i mięśniowej w okolicy

zwężenia. Dzięki temu zabiegowi wartość przystosowaweza dzieci z

wrodzonym zwężeniem odżwiernika osiągnęła normę. Carter

przeprowadził badania nad występowaniem zwężenia odźwiernika u

dzieci zrodzonych z rodziców, którzy sami mieli tę wadę i wykonano

im operację Ramstedta. Wynikż prze„stawia tabela 31.

i a :# e ? a 31. Częstość wysśępowania zwężen#a udźwierizika u

potomst#,a osób, kt‚re przebyly operaeję Hamsredta w porównaniu z

częstością w populacji ugólnej

Typ potomstv-a Ryzylco # Wielokrotność ryzyka w populacji

Synowie chorych mężezyzn # X 11 18

Eórki chorych mężezyzn x24 42

Synowie chorych kobiet X40 1 5 1

Córki chorych kobiet x70

#al: wynika z tabe:i, potomstwo zrodzone z osób plci, u której wada

występuje rzadziej, obciążone jest większym ryzykiem wystąpienia

wady aniżeli potomstwo zrodzone z osób, u których wada występuje

częściej. Zauważmy również, że podobnie jak w populacji ogólnej,

próg jest niższy dla chłopców niż dla dzieweząt, stąd w potomstwie

zarówno chorych mężezyzn, jak i chorych kobiet częściej chorzy są

synowie niż córki. Dla wad rozwojowych uwarunkowanych

wieloczynnikówo charakterystyczna może być również wiPksza

skłonność występowania cechy u potomstwa zrodzonego z małżeństwa

spokrewnionego. Więkśza częstość małżeństw spokrewnionysh wśród

rodzieów chorych jest wprawdzie charakterystyczna dla dziedziczenia

recesywnego autosomalnego, niekiedy jednak może wskazywać na

wieloczynnikowy charakter uwarunkowania. Ponadto ryzyko powtórnego

wystąpienia wady w rodzinie przy uwarunkowaniu wieloczynnikowym

(odmiennie od uwarunkowania jednogenowego) rośnie wraz z liczbą

chorych dzieci w rodzinie. Innym wskaźnikiem wieloczynnikowego

charakteru wady może być porównanie zbieżności jej występowania u

bliźniąt mono- i dizygotycżnych. Ponieważ z punktu widzenia

genetycznego bliźnięta monozygotyczne są identyczne, a bliźnięta

dizygotyczne są zwykłym rodzeńśtwem, w przypadku cechy dominującej

stopień zbieżności między bliźniętami monozygotyczrtymi

140

jest ok. dwa razy wi#kszy niż stopień zbieżności między bliźniętami

dizygo-tycznymi. W przypadku cechy recesywnej stosunek ten nie

przekracza 4:i.: Jeśli stopień zbieżności u bliźniąt

monozygotycznych przekracza ponad czte= rokrotnie stopień

zbieżności u bliźniąt dizygotycznych, to należy rozpatrywać

możliwość uwarunkowania wieloczynnikowego. Analiza zaburzeń

wieloczynnikowych wymaga dość skomplikowanych metod matematycznych

i dość# żmudnych obliczeń. W kilku ośrodkach, zwłaszcza w ośrodku

badań genetycz= nych uniwersytetu hawajskiego w Honolulu (N. N.

Morton), opracowano pro= gramy maszynowe pomocne w rozróżnieniu

cech przekazywanych jednogenowo i uwarunkowanyeh wieloczynnikowo.

NIEJEDNOR,ODNOSĆ GENETYCZNA

Koncepcja wieloczynnikowego uwarunkowania #aburzeń pozwala

wprawdzie# na wyobrażenie sobie mechanizmów ich powstawania, często

nie pozwala jednak na wykorzystanie znanych wskaźników

biologicznych dla diagnostyki: i nierzadko zmusza do poprzestania

na ryzyku empirycznym przy stawianiu diagnozy genetycznej. Jest

dlatego rzeczą naturalną, że genetycy medyczni upar„e dążą do

rozczłonkowania zaburzeń określanych jako wieloczynnikoweů i do

wyadrębnienia z nich bardziej jednoczynnikowo uwarunkowanych

zespołów. Mamy więc do czynienia z procesem zbliżonym do tego,

który zachodzi w genetyce chorób uwarunkowanych jednoczynnikowo w

miarę poznawania niejednorodności genetycmej lub molekularnej.

Postaramy się obecnie pokazać dążenie do wykazania takiej

niejednorodności na przykładzie niektórych częstyeh chorób. Tak np.

jedną z choróh o największym znaczeniu społecznym jest miażdżyca,

kojarząca się nierzadko z nadciśnieniem i prowadząca do zmian

narządowych m.in. do choroby wieńcowej, chorób naczyń mózgowych

itd. Tradycyjnie przyjmuje się, że miażdży= ca jest zaburzeniem

uwarunkowanym wieloczynnikowo. Badania ostatnich lat pozwoliły na

wyróżnienie wielu odrębnie uwarunkowanych zespołów. Tak np. część

przypadków miażdżycy wywołana jest przez hipercholesterolemię

rodzinną przekazywaną jako cecha autosomalna dominująca, a

wywoływana przez defekt receptora lipoprotein o niskiej gęstości#

(LDL - low density lipoproteins). Niektóre postacie wywołane są

przez uwarunkowane jednogenowo hipertriglicerydemie lub defekty

apolipoprotein. Część przypadków jednak dalej musi być traktowana

jako zaburzenie wieloeynnikowe. Innym przykładem takiej

niejednorodności jest choroba wrzodowa. I ją traktowano jako

zaburzenie uwarunkowane wieloczynnikowo. Wkrótce okazało się, że

aczkolwiek czynniki genetyczne odgrywają rolę w chorobie wrzo=

dowej o różnej lokalizacji, to zaznacza się odrębność między

chorobą wrzo= dową żołądka a chorobą wrzodową dwunastnicy. Dalsze

badania nad skojarzeniem występowania choroby wrzodowej z różnymi

wskaźnikami biologicznymi doprowadziły do wykrycia asocjacji z

różnymi wskaźnikami, takimi jak: grupa krwi 0, zawartość

pepsynogenu I, zawartość gastryny w surowicy krwi, szybkość

opróżniania żołądka itd. Okazało się m.in., że jest grupa

przypadków choroby wrzodowej dwunastnicy skojarzonej# ze zwiększoną

zawartością pepsynogenu I we krwi wykazująca autosomalno-dominujący

typ dziedziczenia. Przykładem takiego dążenia do rozczłonkowania

jednego wieloczynnikowego zaburzenia na wiele odrębnych jednostek

jest próba klasyfikacji genetycznej choroby wrzodowej podana przez

J. Rottera:

14L

I.Choroba wrzodowa skojarzona z rzadkimi zespolami genetycznymi. A.

Mnoga gruczolakowatośE gruczolbw wydzielania wewnętrznego typ I. B.

Mastocytoza układowa. C. Zespól drżenie - oczopląs - owrzodzenie.

II. Choroba wrzodowa żolądka.

#III. Choroba żolądka i dwunastnicy.

IV.Choroba wrzodowa dwunastnicy z podwyższonym poziomem pepsynogenu

I we krwi.

A. Z niepodwyższonyzn poziomem gastryny we krwi po spożyciu

posilku. B. Ze wzrostem poziomu gastryny we krwi po spożyciu

posilku. #'. Choroba wrzodowa dwunastnicy z prawidlowym poziomem

pepsynogenu I

we krwi.

A. Z powolnym opróżnianiem żolądka.

B, Z szybkim opróżnianiem żo#ądka.

VI.Choroba wrzodowa dwunastnicy wieku dziecięcego.

VII. Postać immunologiczna choroby wrzodowej dwunastnicy.

JIII. Choroba wrzodowa skojarzona z innymi chorobami przewleklymi.

A. Choroba wrzodowa i przewlekla choroba pluc (częśE z nich

wywołana

przez defekt a-1-antytrypsyny).

B. Choroba wrzodowa dwunastniey i kamica nerkowa.

C. Choroba wrzodowa dwunastnicy i choroba wieńcowa.

Innym przykładem poszukiwania niejednorodności w zaburzeniach jest

#współczesna analiza cukrzycy. Proponowano bardzo rozmaite modele

przeka#zywania genetyeznego w cukrzycy żaden z nich nie byl jednak

w pelni zadowalający. W miarę postępu badań nad patogenezą tego

zaburzenia wyróżniano kilka typów choroby, wśród nich cukrzycę

insulinozależną i in#sulinoniezależną. W cukrzycy insulinozależnej

można prawdopodobnie wyróżnić typy uwarunkowane jednogenowo,

wykazujące wyraźnie skojarzenie z cechami zgodności tkankowej. Tę

niejednorodność potwierdzają badania prowadzone z zastosowaniem

analizy DNA. W części przypadków tego zaburzenia mogą również

odgrywać rolę czynniki środowiskowe, m.in. takie jak przebyte

zakażeůnie wirusem Coxsackie. W typie insulinoniezależnym

wyróżniano niedawno postać uwarunkowan# jednogenowo (autosomalna

dominująca), tzw. cukrzyca młodych ludzi z początkiem w wieku

dojrzewania. Inne postacie cukrzycy insulinoniezależnej,

:najczęściej z początkiem w wieku późniejszym, również wykazują

tendencję do występowania rodzinnego, nie udało się jednak wykazać

dokładnie typu dziedziczenia. Dawniej sądzono, że jest to cecha

autosomalna recesywna o niskiej penetracji, dziś raczej sądzimy, że

jest to zaburzenie uwarunkowane

-wieloczynnikowo, być może zresztą niejednorodne.

Innym przykładem na rolę zaburzeń jednogenowych w chorobie

traktowanej jako wieloczynnikowa może być jedna z postaci

dwubiegunowej choroby afektywnej, czyli psychoza maniakalno-

depresyjna. Badania przeprowadzone ostatnio, 1987 r., na grupie

amerykańskich menonitów (Amish), żyjących w izolacie kulturowym w

części stanu Pensylwania, pozwoliły na wyodrębnienie rodzin o

częstym występowaniu dwubiegunowej choroby afektywnej. W jednej z

takich rodzin wykazano ścisłe sprzężenie między polimorfizmem

fragmentów restrykcyjnyeh obejmujących gen insuliny ora2 onkogenu

komórkowego Ha-ras-1 a występowaniem choroby psychicznej.

Sprzężenie to pozwala na lokalizację genu odpowiedzialnego za ten

typ psychozy afektywnej w części dystalnej krótkiego ramienia

chromosomu 11. Jest to cecha dominująca o niepełnej penetracji

(0,63 w wieku lat 30 i powyżej). Ponieważ w tej samej okolicy

chromosomu 11 znajduje się gen hydroksylazy tyrozynowej, można

14Z

przypuszczać, że to defekt w czynności tego enzymu może być

związany z za- burzeniami nastroju. Podane przykłady wskazują na

to, jak skojarzenie analizy genetycznej, klinicznej i biochemicznej

może prowadzić do pełniejszej analizy zaburzeńů uwarunkowanych

wieloczynnik#wo.

PODSUMOWANIE

W rozdziale amawia się metody służące do wskazania roli eynników

genetycznych i środowiskowych w uwarunkowaniu cechy, nie wskazujące

jednak na tryb uwarunkowania dziedzicznego. Są to metody badania

bliźniąt orazů badania dzieci adoptowanych. Oprócz cech, których

występowanie zależy od jednej pary genów (jednogenowych), występują

cechy zależne od wielu czynników, zarówno gene= tycznych

(uwarunkowanie wielogenowe) jak i środowiskowych. Badanie tyeh#

ceeh posługuje się analizą korelacji między poszczególnymi typami

krewnych. Uwarunkowanie wieloczynnikowe odgrywa istotną rolę w

determinacji wielu# cech prawidłowych, głównie tzw. cech

ilościowych, a także wielu częstych. chorób i wad. W powstawaniu

tych ostatnich mogą mieć znaczenie zjawiska progowe. Przedstawiono

modele uwarunkowania wieloczynnikowego chorób: i wad rozwojowych,

omówiono zagadnienie niejednorodności tych zaburzeń i dążność do

wyodrębniania spośród nich zespołów uwarunkowanych jedno-

czynnikowo. IX. Cz#nniki genet#czne w patogenezie chorób

:lg#acy Wald

'DZIEDZICZNOŚĆ A Śi#ODOWISKO, ICH ROLA W PROCESIE #OWSTAWANIA

CHOROBY

Każdy proces przebiegający w organizmie jest rezultatem

współdziałania czynników genetycznych i środowiskowych. Odnosi się

to również do procesu chorobowego, tzn. do zaburzeń równowagi

między organizmem a środowi#skiem. W medycynie wyróżnia się choroby

uwarunkowane genetycznie, tzn. załeżne głównie o# czynników

dziedzicznych, i choroby wywołane przez czyntniki środowiskowe,

egzogenne. Podział ten w istocie jest dosyć względny, ponieważ

istnieje cała gama przejść pomiędzy chorobami uwarunkowanymi

genetycznie a chorobami zewnątrzpochodnymi. Na rycinie 72 lewą

stronę widma zajmują zaburzenia takie, jak anomalie chromosomalne

lub niektóre „efekty przemiany, które w każdych warunkach

środowiska prowadzą d4 -;.horoby.

Gangliozydoza Galakto - Wady

GM, zemia Fawizm rozwojowe Alkoholizm Zarrućia Środowisko

Dziedziczność

AnomaliaChorobaCukrzyca Nadciśnienie Gruźlica Urazy chromosomalna

Nlilsona

ii.yc. 72. Ogólny schemat roli czynników genetycznych i

środowiskowvch w uwarunicowaniu chorób.

Przykładem takiego żaburzenia jest trisomia chromosomu 13 (zesgół

Pataua), w którym występuje wiele zaburzeń w istocie niezależnych

od wpływów środowiskowych. Podobnie jest we wczesnodziecięcej

postaci gangliozydozy uogólnionej, w której na skutek braku á-

galaktozydazy gromadzi się w ośrod# ko#'u,ym układżie nerwowym i

narządach wewnętrznych gangliozyd G;#::. Proces ten w zasadzie

przebiega niezależnie od warunków środowiskowych. Od warunków

środowiskowych nieco bardziej zależą takie procesy, jak

galaktozemia lub choroba Wilsona. W klasycznej galaktozemii

#vystępuje defekt urydylilotransferazy galaktozo-1-fosforanowej,

enzymu uczestniczącego w przekształcaniu galaktozy w glukozę. U

dzieci dotkniętych tego typu zaburzeniem mleko stanowi źródło ga

144

laktozy i bardzo szybko przy normalnym karmieniu występują

zaburzenia rozwoju, powiększenie wątroby i śledziony, upośledzenie

umysłowe, zaćma. Przy stosowaniu diety bezgalaktozowej opisane

zaburzenia mogą nie wystąpić. Zja#visko to wykorzystano w celu

zapobiegania występowaniu objawów chorobowych u noworodków z

galaktozemią. Podobnie w chorobie Wilsona (zwyrodnieniu wątrobowo-

soczewkowym)wskzttek zaburzeń w przemianie miedzi - odkłada się ona

w narządach wewnętrznych i w mózgu. Wyłączenie miedzi z diety lub

wzmożone usuwanie jej z organizmu prowadzi do zahamowania procesu

chorobowego. To właśnie jest podstawą postępowania zapobiegawezo-

leczniczego w tej chorobie. Podobne zjawisko zachodzi w przypadku

fawizmu. Jest to zaburzenie po=

legające na występowaniu niedokrwistości hemolitycznej po spożyciu

bobu Vźeża faba. Występuje ono zwłaszeza w krajach wsehodniej

ezęści basenu Morza Sródziemnego. Okazało się, że są to objawy

występujące u osób z niedoborem dehydrogenazy glukozo-6-

fosforanowej. Czynni'kiem powodującym zaburzenie jest właśnie bób.

Zbliżone zjawisko występuje w porfirii ostrej przerywanej, w której

defekt syntazy uroporfobilinogenowej jest cechą stałą, ale choroba

objawia się dopiero wskutek zadziałania rozmaitego typu

śzkodliwości, np. zażycia niektóryeh leków, zwłaszeza z grupy

sulfonów i barbituranów (patrz rozdział XIII - Farmakogenetyka i

ekogenetyka).

W wielu proeesach chorobowych rolę patogenetyczną odgrywają zarówno

czynniki genetyezne, jak i środowiskowe. Do zaburzeń tal#ch zali#a

się rozrnaitego typu wady rozwojowe (np. wady cewy nerwowej lub

serca). Zalicza się do #nich rówńież różne częste choroby, jak

cukrzyca, miażdżyca, nadciśnienie i inne. W zaburzeniach

traktowanych tradycyjnie jako egzogenne czynniki genetyczne m#gą

odgrywać istotną rolę. Tak np. przewlekły nieżyt oskrzeli, zwłaa

szeza u osób palących lub przebywających w zanieczyszezonej

atmosferze często prowadzi do rozedmy płuc. Skłonność ta jest

szezególnie wyraźna u osób homozygotycznych co do defektu cx-1-

antytrypsyny, u których wpływ szkodliwości zewnętrznych jest

znacrnie większy. Innym przykładem takiej zależności może być

występowanie zespołu Werniekego i Korsakowa, encefalopatii

wywołanej hipowitaminozą B#, najezęściej u os„b nałogowo pijących

alkohol. Zespół uchodzi za jedno z najcięższych powłkłań

neurologicznych nadużywania etanolu. Istnieją dane, które wskazują

na to, że zespół ten znacznie częściej występuje u osób z

nieprawidłową czynnością enzymu transketolazy. U osób tych wzrasta

zapotrzebowanie na witaminę Bi. Również w podatności na choroby

zakaźne odgrywa rolę podłoże genetyczne. Istotną rolę czynników

genetycznych wykazano m.in. w gruźlicy. Na prawym końcu widma

znajdują się ciężkie urazy lub zatrucia, które prowadzą do zahurzeń

w organizmie bez względu na konstytucję genetyczną ustroju. Należy

zauważyć, że ten sam typ zaburzenia w zależności od charakterystyki

organizmu może mieE charakter endo- lub egzogenny. Tak np. gnilec

jest u ezłowieka przykładem zaburzenia zewnątrzpochodnego, ponieważ

wywołaziy jes# niedoborem witaminy C w pokarmie. Dzieje się tak

dlatego, że człowiek nie ma zdolności syntetyzowania kwasu

askorbinowego. U gatunków, takich jak szezur lub pies, u których

czynny jest tor przemian od glukozy do kwasu askorbinowego,

wystąpienie awitaminozy C byłoby skutkiem wrodzonego defektu

przemiany.

t0 - Zarys genetyki 145

POZIOMY ANALIZY CHORÓB GENETYCZNYCH

Podstawą choroby uwarunkowanej genetycznie jest zmiana w składzie

zasad azotowych w DNA chromosomu jądra komórkowego, która może

doprowadzić do zaburzenia syntezy odpowiednich bia;łek. Jak

wiadomo, zmianę taką nazywa się mutacją. Ze względu na

zdegenerowany charakter kodu genetycznego 64 kombinacjom trójek

żasad azotowych odpowia#a tylko 20 aminokwasów, ok. #/n mtacji

może nie znaleźć żadnego wyrazu w #yntetyzowanym białku. Mutacje

takie noszą nazwę mutacji synońimianych. Tylko w 1/s przypadków

mutacja prowadzi do żmiany #kładu syntetyzowanego białka. W takich

przypadkach mogą powstawać białka o zmieńionej funkcji. Zaburzenia

tego rodzaju noszą nazwę chorób molekularnych. Dotyczą one białek

strukturalnyeh (zaburzenia w strukturze kolagenu), czynnościowych

(np. hemoglobinopatii) oraz enzymatycznych. W tym ostatnim

przypadku powstają zabuizenia zwane błędami przemiany materii iub

blokami metabolicznymi. Przyjmuje się, że choroby izwarunkowane

genetyanie zależą nd błędów w zapisie genetycznym kwasów

nu!kleinowych i związanych z #tym defektów w syntezie określonego

białka, c# z kalei prowadzi do rozmaitego rodzaju zaburzeń

strukturalnych i czynnościowych. Jednakże w obecnym stanie wiedzy

w nielicznych tylko przypadkach jesteśmy w stanie określić produkt

nieprawidłowego genu i dlatego ocena i klaisyfikacja genetyczna

chorób dziedzicznych opiera się nie na prześledzeńiu łańcucha

biachemicznego zmian zdeterminowanych zmianami w kwasach

nukleinowych, lecz na ocenie odległych efektów działańia genu, tzn.

na obrazie klinicznym, obrazie morfologicznym, danych

elektrofizjologieznych, analizie genetycznej itd. W znacznej

większ#ści chorób genetycznych lekarz działa na poziomie I.

Wprowadzenie metod biologii molekularnej pozwoliło na znaczne

pogłębienie analizy zaburzeń i zstąpieńie do głębśzych poziomów

analizy. Postęp w metodach analizy DNA pozwala obecnie niekiedy na

przechodzeńie bezpośrednio od poziomu I do poziomu VI. Znamy

obecnie wiele chorób, w których pomimo braku informacji o

pierwotnym defekcie genu można zidentyfikować gen chorobowy albo

wykorzystywać do diagnoshyki znajomość najbliższego sąsiedztwa

genu. Dotyczy to np. chor„b, jak: pląsawica Hunting'tona, #ystrofia

mięśniowa Duchenne'a lub dystrofia mięśniowa Beckera, osteogenosis

i#rcperfecta, ret„#oblasto#n.a i wiele innych. Zastosowanie technik

analizy DNA pozwala również na głębsze poznanie tych zaburzeń, w

których pierwotny efekt genu jest znany. Dotyczy to np. hem-

oglobinopatii oraz wielu defektów metabolicznych. Wprowadzenie

technik DNA pozwoliło na rozwój podejścia zwanego genetyką

odwrotną. Polega on# na izolacji genu, uzyskiwaniu pradurktu białko

T a b e 1 a 32. Poziomy anałizy zaburzeń uwarunkowanych genetyeznie

Poziom # Rodzaj analizy

I analiza kliniczna, patogenetyczna i analiza typu przekazywania

dziedzicznego 11 identyfikacja nieprawidłowego toru przemiany

III identyfikacja nieprawidłowego białka enzymatycznego

IV identyfikacja łańcucha peptydowego, w którym występuje

zaburzenie V identyfikacja substytucji aminokwasowej (w przypadku

mutacji punktowej) VI identyfikacja zmiany w DNA

146

wego genu i w ten sposób poznaniu mechanizmów patogennych.

Podejście to stosuje się między innymi do poznania funkcji białka

syntetyzowanego pod kontrolą genu dystrofii mięśniowej Duchenne'a.

Podobnie udało się scharakte- ryzować defektywne białko powstające

w uwarunkowanej genetycznie prze- wlekłej chorobie żiarniczej.

PATOLOGIA MOLEKULARNA - HEMOGLOBINOPATIE

Samo poję„e patologii molekularnej, choroby molekularnej, powstało

w 1949 r., kiedy Pauling wykazał różnice w elektroforezie między

hemoglobiną A a hemoglobiną S - substancją odpowiedzialną za

występowanie niedokrwistości sierpowatokrwinkowej. Dalsze badańia

wykazały, że hemoglobina S różni się od hemoglobiny A tylko jedną

substancją aminokwasowąw pozycji śzóstej łańcucha globiny (3

zamiast kwasu glutaminowego występuje walina. áalsze badania nad

hemoglobinopatiaxni dały podstawy do współczesnego rozumienia

zaburzeń molekularnych w chorobach dziedzicznych i pozwoliły na

analizę tych zaburzeń na poziomie V i VI. Hemoglobina człowieka

jest tetramerem, każda jej cząsteczka składa się z 4 łańcuchów

polipeptydowych. Główną hemoglobiną u dorosłych i dzieci jest

hemoglobina A - HbA. Składa się ona z dwóch łańcuchów a i dwóch

łańcuchów [3 (ap #z).

ioo k

80 ## o ## # 60 d 40

i0 I ,c

Miesiqce 2 4

Przed urodzeniem po urodzeniu

Ryc. 73. Rozwój ontogenetyczny łańcuchów hemoglobiny człowieka w

życiu płodowym i w pierwszych miesiącach po urodzeniu. Przerywana

linia pionowa wskazuje moment urodzeńia.

Ponadto u dorosłych od 2 do 3o/o hemoglobiny stanowi HbAz (a28z).

U płodu przeważa hemoglobina płodowa HbF (a2 #2). Niewielkie ilości

HbF występuja również w życiu pozałonowym. We wczesnym okresie

rozwoju zarodka w organizmie powstają również i inne łańcuchy

hemoglobiny a mianowicie # i #. Znikają one z organizmu mniej

więcej po 10 tygodniaeh życia zarodka.

147

G,r a - a ;% Gen globiny

t A Gra-aBb Łańcuch globiny 5

2á2a;h #9 2

aGl2

Portland

Gower 1 Gow'er 2 #

Ryc. 94. Układ łańcuchów globinowych w normalnych hemoglobinach

człowieka. Kole ność syntezy rozmaitych łańcuchów w zależności od

wieku przedstawia rycina 73. Łańcuch a występuje w HbA, HbAz i HbF.

Łań#chy 'Y występują w organizmie w dwóch wariantach. W jednym z

nieh na pozycji 136 w stępuje alanina (A#), w d#<#gim z nich w

pozycji tej występuje glicyna (G'y)Rycina 74 przedstawia różne

warianty normalnej hemoglobiny, występujące u człowieka w różnych

okresach rozwoju i schemat żch łańcuchów polipeptydowych. Niektóre

hemoglobiny występują u człowieka w postaci podwójnej

Ryc. 75. Schemat ewolucji łańcuchów hemoglobiny człowieka. Czas

liczy się wstecz od czasów obecnych. Przyjmuje się, że duplikacja

dotyczy genu #, który, jak wspominaliśmy wyżej, może wystąpić w

dwóch odmianach: A'y i G#r. Dotyczy ona również locus cc. VViadomo,

że geny globiny u i # znajdują się w różnych chromosomach, #en # w

ehromosomie 11, gen u w chromosomie 16. Rycina 75 przedstawia

sehemat ewolucji łańcuchów globinowych. Warianty hemoglobiny mogą

być wynikiem różnych typów mutacji. #'iutacje punktowe - znamy ich

obecnie ok. 250 - mogą dotaczyć zarówno lańcucha a, jak i łańcucha

#,. Część z nich nie ma znaczenia klinicznego, w niektórych jednak

dochodzi do znacznych zaburzeń. Może wystąpićniedokrwistość

hemolityczna spowodowana przez nietrwałość hemoglobin jok. 70

wariantów), erytrocytoza spowodowana zwiększonym powinowactwem do

tlenu (ok. 20 wariantów), niedokrwistość sierpowatokrwinkowa,

methemoglobinemia, czyli HbM (5 wariantów). Methemoglobinemia może

być wywołana nie tylko przez hemoglobinopatig, lecz także przez

defekt enzymaty#zny. Niedobór reduktazy hemoglobinowej przekazywany

jako cecha recesywna również prowadzi do methemoglobinemii. Opróez

mutacji punktowych występują i inne typy mutacji. Przedłużenie

łańcucha poligeptydowego. Łańcuch a-globiny składa się z I#I

#:minokwasów. Trójką warunkującą pozycję aminokwasową 142 jest

U:#A, która koduje zakońezenie syntezy. W wyniku mutacji punktowej

UAA może przejść w CAA. Powstaje wtedy wariant hemoglobiny, który

jest dłuższy od łańcueha cc o 31 aminokwasów, tzw. Hb Constant-

Spring. Synteza eiągnie się dopótv, dopóki nie dojdzie do

następnego trypletu terminalnego. Znane są również inne hemoglobiny

o przedłużonym łańcuchu u. Del#eje. Delecje mogą dotyczyć całego

genu globinowego, występuje wtedy zesi,ół znany poc3 nazwą

talassemii. Dotyczyć mogą również jednego lub kilku trypletów, a

nawet liezby zasad mniejszej niż 3. Dochodzi wtedy do "przesunięcia

w fażie" zapisu genetycznego i zmiany całej następnej sekweneji

aminokwasów. Mutacje takie prowadzą najezęściej do nietrwałości

hemoglobiny lub jej nieprawidłowego powinowactwa do tlenu. Delecja

odgrywa ró#vnież rolg w powstawaniu Hb Lepore (patrz niżej).

Duplikacje. Zjawisko to może dotyczyć poszezególnych trypletów.

Przykładem tego jest hemoglobina a Grady, w której reszty 116-118

uległy duplikacji. Inną odmianą mechanizmu mutacyjnego jest

ńierówny crossing-over. Przykładem tego jest Hb Lepore, powstała

wskutek nierównego crossing-over i fuzji łańcucha (3 i łańcucha Ó

(ryc. 76). Niekiedy wariant może polegać na wtrąceniu dodatkowyeh

zasad.

Ryc. 76. Sehemat powstania # hemoglobiny Lepore w wyniku nierównego

crossing-over łańeuchów S- i (i-hemocI- # I Lepore ) globiny.

Tal#ssemie stanowią grupę hemoglobinopatii, w których występuje

brak lub znaczne zmniejszenie syntezy jednego z łańcuchów

hemoglobin. Jeżeli zaburzenie dotyczy syntezy łańcucha a, to mówimy

o a-talassemiach. W normie czlowiek ma 4 egzemplarze genu a-globiny

- po 2 w krótkim ramieniu

149

każdego z chromosomów 16 (ua/c##), jeśli delecja dotyczy jednego

genu (-u%uu), jest bezobjawowa. Niedabór dwóch genów a wystąpić

może w dwóch formaeh (--/ua), nosi nazwę heterozygotyczności dla u-

talassemii-1 i jest klinicznie bezobjawowy, natomiast w badaniu

morfologicznym występuje nieznaczna niedobarwliwa niedokrwistość

mikrocytarna. U niemowląt z tym zespołem ezęściowo występuje HbH

(f34). Brak dwóch genów występować może również pod postacią

homozygotyczności cechy u-talassemii-2 (#a./-a). Cecha ta

klinicznie nie różni się od heterozygot z a-talassemią-1.

Jeśli brak 3 genów a, występuje zespół HbH. W przypadku braku 4

genów i; (--/--) powstaje hemoglobina Bart o budowie Hb#,,4. W tym

zaburzeniu występuje uogólniony obrzęk płodu, dzieci na ogół rodzą

się martwe. Niekiedy talassemii mogą towarzyszyć inne

nieprawidłowości, np. hemoglobina Constant-Spring. /i-talassemia

polega na zaburzeniu syntezy łańcucha #. W (3-0-talassemii łańcuchy

f5 w ogóle nie są syntetyzowane, w #-talassemii dochodzi do

znacznego zmniejszenia ich produkeji. Innym typem talassemii jest

Ó-á-talassemia. Występuje w niej zaburzenie syntezy zarówno

łańcuchów Ó, jak i (i. Zbliżonym zaburzeniem jest przetrwanie

hemoglobiny płodowej. Może ona występować w różnych postaciach, w

każdym bądź razie w zespołach tych nie ma syntezy HbA i HbAz,

kontynuowana jest natomiast synteza Hba2#2, czyli HbF.

T a h e 1 a 33. Hemoglobinopatie o znaczeniu klinicznym (wg Vogela

i Motulsky'ego)

Zespół kliniczny

Zespoły sierpowatośei

n-talassemie

á-talassemie

Nietrwała hemoglobina

Hemoglobiny o nieprawidłowym powinowactwie do tlenu

Hemoglobina M

niedokrwistość sierpowatokrwinkowa sierpowatośćá-talassemia

sierpowatośćHb C cecha siezpawatość

obrzęk płodowy (Hb Bart) Hb H heterozygota cc-tal-1 heterozygota a-

tal-2 á-thalasse#n.ża nzażor (anemia Cooleya) Hb Lepore

heterozygota cecha á wrodzona niesferocytarna niedokrwistość

hemolityczna z ciałkami Heinza erytrocytoza rodzinna (zwiększone

powinowactwo do tlenLz) sinica rodzinna

Charakterystyka Ciężkość ześpołu genetyczna

homozygota HbS/HbS heterazygota złożona, HbS/á-tal ! heterozygota

złożona HbS/HbC heterozygota HbS/HbA 4 deleeje Hb#

3 delecje Hba 2 delecje Hba 1 delecja Hba homozygota

fuz,ja genu #-á

- heterozygota heterozygoty (ok. 70 odmian)

heterozygoty (ok. 30 odmian)

heterozygoty (5 odmian)

-# do -f- -f0

letalny

150

Dotąd mówiliśmy o rozmaitego typu zaburzeniach w syntezie

hemoglobin, tak jakby DNA kodujący odpowiednie białka miał

charakter ciągły. Wiadomo obecnie, że sprawa jest fl wiele bardziej

skomplikowana. Obok bowiem części DNA, które znajdują ekspresję w

łańcuchu białkowym (egzony), istnieją części, które ulegają

transkrypeji tylko do stadium pre-mRNA i nie podlegają translacji

ńa łańcuch polipeptydowy (introny). Mutacje mogą równiPż zachodzić

w intronach i wtórnie prowadzić do zmiany składu egzonów, co

stwarza dodatkowo mechanizmy powstawania wariantów hemoglobinowych.

Delecja lub wtrącenie zasad zmienia bowiem liczbę zasad w intronie

i prowadzi do "przesunięcia w fazie" w odezycie zapisu genetycznego

w egzonie. Zaburzenia klińiczne w hemoglobinopatiach mogą powstawać

w rozmaity sposób. W hemoglobinie S np. nie ulega w zasadzie

zaburzeniu funkeja przenoszenia tlenu, zmniejsza się natomiast

wyraźnie rozpuszezalność nie utlenowanej HbS, co prowadzi do żmiany

kśztałtu komórek, ich lizy oraz wielu zmian naczyniowych. W innych

przypadkach ulega zaburzeniu trwałość hemoglobiny, w innych

wreszcie powinowactwo jej do tlenu. Zestawienie ważniejszych pod

względem klinicznym hemoglobinopatii przedstawia tabela 33.

Wprowadzenie współezesnyeh technik badania genetycznego, takich jak

hybrydyzacja DNA oraz zastosowanie enzymów restrykcyjnych,

pozwoliło na głębsze poznańie hemoglobinopatii, między innymi

pozwoliło na diagnozę prenatalną niedokrwistośsi

sierpowatokrwinkowej i talassemii.

ENZYMY I INN# BIAŁKA

Defekt genów kodujących białka enzymatyczne prowadzi do zaburzeń

z#vanyeh blokami metabolicznymi. Koneepeja ta zostala wprowadzona

z początkiem XX wieku przez Arehibalda Garroda w jego opisie

alkaptonurii i znalazła ogromne zastosowanie w medycynie

współezesnej. Znamy obecnie wiele zaburzeń powstających w ten

sposób. Sehemat powstawania bloku metabolicznego przedstawia rycina

77.

Gen a p # Gen a

Enzym a b c Enzym #---C

Metabol it A --# g =. C -#-. D Metabolit A --łg -, C # D

#C CC

Ryc. 77. Sehemat powśtawania bloku metabolicznego: a - sehemat

uwarunkowanla genetycznego enzymów określonego toru metabolicznego;

b - zaburzenia powstałe w wyniku nieprawddłowej czynności genu y.

Wadliwa czynność enzymu C może się przejawiać zmniejszeniem ilości

#roduktu D, gromadzeniem się substratu C, wydalaniem się substratu

C i jego metabolitów oraz oddziaływaniem zwrotnym gromadzącego się

substratu C na poprzednie ogniwa przemiany. Defekt enzymu może

prowadzie do bardzo rozmaitych skutków: do braku produktu procesu

enzymatycznego. Przykładem tego typu bloku metabolicznego jest

albinizm, w którym wskutek defektu tyrozynazy zaburzona jest

synteza melaniny. Dalszym skutkiem bloku metabolicznego może być

gromadzenie się substratu. Przykladami takiego zaburzenia są liczne

spichrzowice, np. choroba Taya i Saehsa, w której wskutek braku

heksozoaminidazy A gromadzi się gangliozyd GMZ.

151

Innym skutkiem gromadzenia się substratu może być wydalanie z

organizmu wzn'zożonych jego ilości lub jego metabolitów, które w

normalnych warunkach zostałyby włączone do prawidłowych przemian w

organizmie. Przykładem tego jest fenyloketonuria, w której wskutek

braku hydroksylazy fenyloalaninowej* gromadzi się w organizmie

fenyloalanina. W moczu stwierdza si4 również fenyloalaninę, której

normalnie się tam nie wykrywa. W moczu występują również takie

związki, jak kwas fenylopiro#ronowy, fenyloetylooctowy i

fenyloacetyloglutamina. Typy zaburzeń enzymatycznych bywają

rozmaite. W niektórych z nich nie powstaje w ogóle białko

enzymatyczne, w innych białko enzymatyczne może zostać wykryte za

pomocą badań immunologicznych. Niekiedy enzym jest produkowany,

zachowana może być częściowo jego aktywnośe, zmienia si# natozniast

jego trwałość. Bywa tak w niektórych postaciach akatalazji i w

niektórych postaciach zespołu Lescha i Nyhana. lnne typy zaburzenia

mogą polegać na zmianie powinowactwa enzymu do substratu, na

zmianie zapotrzebowania na koenzym itd. Tak np. znane są przypadki

choroby syropu klonowego (leucynozy), w których objawy ustępują po

podaniu dużych dawek tiaminy. Zapotrzebowanie na pirydoksynę jest

zwiększone w przypadkach wielu chorób, m.in. niektórych postaci

homocystynurii. W niektórych postaciach acydLzrii metylomalonowej

skutkuje podawanie cyjanokobalaminy (witaminy B,#). Jednym ze

skutków uwarunkowanego #enetycznie defektu enzymatycznego mogą być

wtórne bloki metaboliczne. Mechanizm ich bywa rozmaity. Tak np.

wzrost stężenia substratu G może spowodować bądź zahamowanie

aktywności enzymu w poprzednich ogniwach przemiany, bądź też

gromadzący się substrat może działać jak reprcsor, tzn. hamować

syntezę innego enzymu. Nżekiedy wtórnym efektem pie:wotnego bloku

metabolicznego może być zwiekszenie aktywności innego enzymu. Tak

np. w porfir ostrej przerywanej, spowodowanej defektem syntazy

urobilinogenowej, zwiększona jest aktywność syntazy kwasu 8-

aminolewulinowego i ilość tego kwasu w moczu jest wyraźnie

zwiększona. Na ogół pierwotny defekt genu zgodnie z podstawowym

parady#matem genetyki molekularnej prowadzi do defektu tylko

jednego enzymu. Znane są jednak bloki metaboliczne, w których

defekt jednego genu prowadzi do defektu dwóch lub więcej enzymów.

Jeśli wyłączymy vr takich przypadkach możliwość, żeby defekt

drugiego enzymu był zjawiskiem wtórnym, to najcześciej mechanizm

tego zjawiska polega na tym, że upośledzeniu ulega eiement wspólny

dla kilku enzymów. Tak np. bywa we wspomnianej wyżej chorobie

syropu klonowego **, w której defekt dotyczy oksydazy ketokwasów

rozgałęzionych, tzn. leucyny, izoleucyny i waliny. Dawniej sądzono,

że jest to jeden enzym o powinowactwie do wszystkich trzech

substratów. Obecnie sądzimy raczej, że enzym ten składa się z dwóch

podjednostek, pierwsza z nic:z jest wspólna dla wszystkich trzech

substratów, druga zaś nadaje im swoistość. W chorobie syropu

klonowego dochodzi do defektu polipeptydz.z wspólnego. Podobne

zjawisko zachodzi najprawdopodobniej w postaci Sandhoffa

ganglinzvdozy GM2, gdzie - odmiennie od postaei Taya i Sachsa, w

której stwierdza sżę tylko defekt heksozoaminidazy A - stwierdza

się zarówno defekt heksozoaminidazy A, jak heksozoaminidazy B.

Przypuszcza się, że w pośtaci Sandhoffa upośledzony jest łańcuch

polipeptydowy wspólny dla obu

* Inna nazwa enzymu to 4-monooksygenaza.

** Nazwa pochodzi od charakterystycznego zapachu moczu.

152

heksozoaminidaz. Podobne zjawisko zachodzi prawdopodobnie w

acydurii orotowej, w której występuje defekt dwóch enzymów:

pirofosforylazy i dekarboksylazy orotydyno-5-fosforanowej. Znamy

obecnie ponad 150 wrodzonych d#fektów metabolizmu. Przedstawimy

przykłady niektórych z nich. Klasycznym przykładem defektów

metabolicznych, który w pewnym sensie stał się modelem naszego

postępowania w tego typu zaburzeniach, jest fenylohetonuria. Jest

to zaburzenie charakteryzujące się zwiększoną zawartością

fenyloalaniny we krwi oraz wydalaniem fenyloalaniny i niektórych

jej pochodnych, m.in. fenyloketonów, z moczem. Jest to choroba

autosomalna recesywna, dzieci homozygoty przychodzą na świat bez

szczególnych zaburzeń, w ciągu pierwszych sześciu miesięcy życia

jednak zaznacza się wyraźne zahamowanie rozwoju, w wieku 4 - 5 lat

ogromna większość #horych jest głęboko upośledzona umysłowo (iloraz

inteligencji 20). Somatycznie chorzy wykazują nieznaczne

upośledzenie rozwoju, obwód głowy jest z reguły poniżej normy.

Chorzy wykazują charakterystyczne zaburzenia barwnikowe - skóra

jest jasna z tendencją do wyprysku, włosy jasnoblond z odcieniem

szarawym. lVlocz i pot mają "mysi zapach" (kwas fenylooctowy).

Oprócz upośledzenia umysłowego stwierdza się wzrost napięcia

mięśniowego, wygórowanie odruchów, zaburzenia zachowania typu

hiperaktywności ze stereotypiami, nierzadkie są napady padaczkowe.

W niewielkiej li#zbie przypadków (od 2 do 5#/o) osoby z typowymi

biochemicznymi objawami choroby mogą być prawidłowo rozwinięte

umysłowo. Oprócz fenyloketonur wyróżnia się klinicznie

fenyloketonurię matczyną. Jeśli kobieta chora na fenyloketonurię

zajdzie w ciążę, to dziecko jej obciążone jest znacznym ryzykiem

upośledzenia umysłowego, małogłowia oraz różnorodnymi wadaxni

kośćca i narządów wewnętrznych. Dzieci nie są chore na

fenyloketonurię, są tylko heterozygotami w stosunku dó tej cechy,

natomiast organizm uległ uszkodzeniu wskut#k nadmiaru fenylaalaniny

w środowisku płodowym. Jak się okazało, defekt metaboliczny w

fenyloketonurii polega na upośledzeniu hydroksylazy

fenyloalaninowej przeprowadzającej fenyloalaninę w tyrozynę (ryc.

98). Pierwotnym skutkiem defektu genu jest zwiększenie zawartośei

fenyloalaniny w organizmie i zmniejszenie zawartości tyrozyny.

NAD+ NADH 3 2

0ihydrobiopteryna Reduktaza

dihydropterydyn

Reduktaza Tetrahydrobiopteryna Chinonoid-dihydrobiopteryna

dihydCofolianu

NADPH NADP* Hydroksylaza fenyloalaniny

# # CHyŃH COOH HO # # CHyŃH COOH

Fenyloalanina Tyrozyna

Ryc. 79. Różnorodne typy defektów występujące w f#nyloketonurii: I

- fenylaketonur„a klasyczna - defekt hydroksylazy fenyloalaninowej;

2 - defekt reduktezy dihydropt#rydynowej; 3 - defekt reduktazy

dihydrofolianowej.

154

Inne zaburzenia, m.in. dotyczące melaniny, są przejawem wtórnych

bloków metabolicznych. Postęp badań biochemicznych pozwolił na

opraeowanie testów prześiewowych wykrywających fenyloketonurię już

u noworodków. Okazalo się również, że wyłączenie z diety mleka,

które jest dla niemowlęcia glównym źródłem fenyloalaniny, i

podawanie hydrolizatów bialkowych o małej zawartości fenyloalaniny

zapobiega występowaniu objawów chorobowycń. Stało się to podstawą

do wszczęeia odpowiedniego postępowania zapobiegawczego.

##'prowadzenie masowych badań noworodków w kierunku zwiększonej

zawartości fenyloalaniny we krwi pozwoliło na wykrycie, oprócz

klasycznej fenyloketonurii, również irmych postaci

hiperfenyloalaninemii. W jednej z nich

T a b e I a 34. Obraz kliniczny sfingolipidoz

Defektywny enzym

Nazwa choroby # Spichrzana substancja, objawy kliniczne

á-galaktozydaza gangliozydoza uogólniona

Heksozoamini.daza A choroba Taya i Sachsa

Heksozoaminidaza hhffa ba SandAi H

á-galaktozydaza lak- lipidoza laktotozyloceramidu zyloceramidowa

Glukocerebrozydaza choroba Gau- chera

Arylosulfataza A

á-galaktozydaza galaktocerebrozydowa

leukodystrofia metachromatyczna

choroba Krabbego *

u-galaktozydaza (ceramidotriheksozydaza)

Sfingomielinaza

Ceramidaza kwaśna

choroba Fabry'ego

(angżocerato#na corporżs dżffusu7n)

choroba Niemanna i Picka

lipogr anulomatoza (choroba Farbera)

gangliozyd GM1, w p#staci klinicznej; początek w wieku niemowlęcym;

postępująca regresja neurologiczna, hepatosplenomegalia, zmiany

kostne

gangliozyd GM (w układzie nerwowym); początek w 4 - 6 miesiącu

życia; postępująca regresja neurologiczna, ślepota, padaezka

gangliozyd Gnzz w układzie nerwowym, globozyd w narządach

wewnętrznych; obraz kliniczny jak w chorobie Taya i Sachsa

laktozyloceramid w mózgu i narządach wewnętrZnych

glukocerebrozyd w narządach wewnętrznych, w niektórych formach i w

układzie nerwowym; początek zależny od postaci;

hepatosplenomegalia, w postaci dziecięcej również i objawy mózgowe

sulfatyd w układzie nerwowym; postępujące zwyrodnienie układu

nerwowego

galaktocerebrozyd w układzie nerwowym; początek w niemowlęctwie -

szybka regresja neurologiczna

ceramidotriheksozyd w układzie nerwowym i narządach wewnętrznych;

zespół recesywny sprzężony z chromosomem X; postępujące zaburzenia

skórne, nerkowe, naczyniowe i neurologiczne sfingomielina w

narządach wewnętrznych; a w niektórych postaciach także w układzie

nerw4wym; hepatosplenomegalia, w niektórych formach objawy

neurologiczne ceramid, postępujące zmiany skórne, stawowe, objawy

neurologiczne

* Wszystkie wymienione zespoły, z wyjątkiem choroby Fabry'ego,

dziedziczą się jako cecha autosomalna recesywna.

Ryc. 80. Bloki metaboliczne w sfingolipidozach: a - ceram;d, b -

schemat bloków metabolicznych w sfingolipidozach.

# Glk # Gal # NA# # Gal

rangfiozyd GM# Cer Ga GcnSliozydczc # uogólniona

NAcNA

á Glk # Gal # NAc

angliazyd GM2 Cer Choroba Tayc i Sachsa N Ac P# A

-r # Glk al

Laktozyloceramid C2r # Lipidoza laktozy:o#eramidu

Glukozylo#eramid Cer i # Glk

lglul:ocerebrozy# i

- # Gal ś-sicrczan galaktozylo= Cer

#eramldu Isulfatyd ) 0503 alcktozyloceramid Cer

á Gal ;aciaktocerebrozyd)

ietraheksozyloceramid Cer

f Glk á Gal Gal

Sfingomielina Cer #C#ol ;cercmido -fosfocholina)

Ceramid Cer

Cer - cercmid (N - acylosfingozyna) Glk - gfukoza

Gaf - galaktozo PChol - fosfocholina

NAcNA - kwas N-acetyloneuraminowy NAcGal - N- acetylogalaktozoamina

Choroba :#auchera

Leukody5trofic

metachromatycznc Choroba Krcbbego Choroba Fabry'ego

Choroba Niemcnr.c i aicka Charoba Fcrbera

defekt dotyczy enzymów wspóldziałających z hydroksylazą

fenyloalaninową ' (ry#. 79), w innej hiperfenyloalaninemia ma

charakter przemijający i może zależeć od upośledzenia funkcji

innych enzymów, np. transaminazy fenyloalaninowej lub opóźnionego

dojrzewania hydroksylazy.

* Inna nazwa enzymu to 4-monooksygenaza fenyloalaninowa.

x5s

Fenyloketonuria należy do bloków enzymatycznych dotyczących

aminokwa- sów. Inną dużą kategorię bloków metabolicznych stanowią

te, w których zabu- rzeniu ulega aktywność enzymów występujących

głównie w lizosomach, orga- nellach komórkowych, odgrywającyeh

istotną rolę w katabolizmie tłuszezów i polisacharydów. Tu

przedstawimy grupę bloków metabolicznych należących do tej

kategorii, a mianowicie sfingolipidozy. Defekty te przedstawione są

na rycime 80. Tabela 34 przedstawia zestawienie objawów klinicznych

w tych chorobach. Odmiennie niż w fenyloketonurii, możliwości

postępowania leczni- czego są ograniczone, w chorobach tych

natomiast możliwa jest diagnostyka prenatalna. Na tym też opiera

się głównie postępowanie zapobiegaweze. Ogromna większośe bloków

metabolicznych dziedziczy się w sposób rece- sywny. Z ważniejszych

defektów metabolicznych sprzężonych z chromoso- mem X należy

wymienić zespół Leseha i Nyhana, spowodowany niedoborem

fosforybozylotransferazy hipoksantyny i guaniny, zespół Huntera -

muko- polisacharydoza typu II spowodowana defektem sulfatazy

siarezanu idurenido- wego. oraz chorobę Fabry'ego - niedobór a-D-

galaktozydazy, Recesywny charakter defektów przemiany tłumaczy się

tym, że ogromna większość blo- ków dotyczy funkeji enzymów

katalitycznych. Funkeje te zaś w procesie ewo- lucji rozwinęły się

prawdopodobnie tak, by enzym mógł działać z rezerwą, tzn. by u

heterozygoty nie występowały zaburzenia. Jednym z nielicznych wy-

jątków od tej zasady są różne postacie porfir przekazujące się

jako zaburze- nia autosomalne dominujące. Dominujące zaburzenia

typu metabolicznego częściej występują przy innego typu

zaburzeniach białkowych. Przykładem tego jest hipereholesterolexnia

ro- dzinna, w której zaburzenia występują u heterozygot. Osoby

takie wykazują zwiększone stężenie cholesterolu i skłonność do

choroby wieńcowej między trzecią a szóstą dekadą życia. Homozygoty

co d# tej cechy mają niezwykle duże stężeńie cholesterolu, powyżej

800 mg na 100 ml i objawy wieńcowe mogą występować już w wieku

dziecięcym. Najezęściej homozygoty #iną z tego powodu poniżej 30

roku życia. Przypuszeza się, że mechanizm chorobowy po- lega na

braku lub defekcie receptorów wiążąeych lipoproteiny o małej gęsto-

ści (LDL). Ze względu na to zwiększa się zawartość lipoprotein w

osoczu a także stężenie cholesterolu. Wiadomo obecnie, że istnieje

zna#na różnorod- ność mutaeji powodujących hipereholesterolemię.

Dlatego wiele spośród osób uważanych dotąd za homozygoty może być

w rzeczywistości złożonymi hetero- zygotami. Inny typ zaburzeń może

wystąpić przy defektach dotyczących różnego ro- dzaju białek

strukturalnych. Przypuszeza się, że różne postacie amyloidozy

dziedżicznej polegają np. na powstawańiu nieprawidłowych białek

włókien- kowych. W innych defektach białek strukturalnych mogą

powstawać zarówno postacie dominujące, jak i recesywne. Przykładem

tego jest rybia łuska (żeh- thyosżs vulgarżs). Powstaje w nich

defekt keratohialiny.

DEFEKTY STRUKTUIf.ALNE

W wielu zaburzeniach genetycznych nie stwierdza śię zaburzeń

metabolicznych. które mogłyby odpowiadać za ich powstanie. Rzecz

prosta, należy sobie zdawać sprawę, że w wielu zespołaeh,

szezególnie charakteryzujących się zmianami wstecznymi, niewykry„e

defektu metabolicznego nie ożnacza bynajmniej, że tego defektu nie

ma. Doświadezenia ostatnich dziesięcioleei wskazują wyraźnie, że

wiele chorób przeszło z kategor chorób zwyrodnieniowych do

kategorii chorób metabolicznych. Zaliczyć tutaj można na przykład

zwy

157

rodnienie wątrobowo-soczewkowe, mukopolisacharydozy, niektóre

postacie leukodystrofii. W wielu chorobach jednak bardzo trudno

jest przewidzieć, jaki mógłby być pierwotny produkt genu. Do

za'burzeń tego typu należą w szczególności różne defekty

strukturalne, takie jak akrocefalosyndaktylia - autosomalno-

dominująey zespół wad rozwojowych, ześpół Crouzona (również

autosomalno-dominujący), dyzostoza żuchwowo-twarzowa (autosomalno-

dominujący zespół Treachera i Collinsa), różne postacie

krótkopalczystości, wielopalczystości, ektrodaktylii itd. Do tej

kategorii należą również zespoły z grupy fakomatoz (stwardńienie

guzowate, neurofibromatoza i inne). Cechą wspólną większości tych

zespołów jest nieprawidłowy rozwój organizmu i ńie można wykluczyć,

że dość paradoksalnie, efekty struktury mogą być wywołane przez

defekt re#ulacyjnych mechanizmów genetycznych. W chorobach, w

których nie stw5erdza się zaburzeń metabolicznych, ważne znaczenie

ma analiza różnych danych klinicznych, m.in. wieku wystąpienia

pierwszych objawów choroby. W dawnej genetyce popularne były sądy,

że choroby dziedziczne cechuje skłonność do antepozycji i

antycypacji, tzn. do tego, że w następnych pokoleniach wiek

początku choroby jest wcześniejszy, a forma cięższa. Zjawisko takie

opisywano m.in. w dystrofii miotonicznej. Jak wiadomo obecnie,

antycypacja nie jest zjawiskiem biologicznym, ale artefaktem

statystycznym i wynika stąd, że chorzy z ciężką postacią choraby

mają mniejsze szanse posiadania potomstwa aniżeli chorzy z lekką

postacią. Analiza wieku początku choroby może mieć również

znaczenie dla oceny jednorodności genetycżnej zespołu. Jeśli bowiem

wziąć grupę osób dotkniętych jakąś chorobą uwarunkowaną genetycznie

i badać współczynnik korelacji między wiekiem wystąpienia choroby

u rodzeństwa, to można oczekiwać, że jeśli choroba wywołana jest

przez jeden gen, to współczynnik będzie wynosił ok. 0,5; jeśli

choroba zależy od kilku genów, to wartość wspólczynnika korelacji

będzie bliska jedności. Metoda ta, vcrprowadzona przez Haldane'a,

pozwoliła na wykazanie niejednorodności genetycznej niektórych

postaci rdzeniowego zaniku mięśni. Wprowadzenie metod analizy DNA

stwarza nowe możliwości analizy chorób genetycznych, w których

występują defekty strukturalne, w szczególności pozwala na

dokł.adne określenie typu mutacji oraz wykrywanie niejednorodności

genetycznej w zespole.

POST#PY GENETYKI A KLASYFIKACJA CHOftÓB

Postępy genetyki, a zwłaszcza postępy genetyki molekularnej,

pozwoliły na znaczne wzbogacenie nasżej wiedzy i koncepcji

dotyczących klasyfikacji. Jednym z charakterystycznych procesów w

tej dziedzinie jest rozpad jednorodnych, jak wydawałoby się dotąd,

jednostek chorobowych na różne zespoły - innymi słowy -

niejednorodność genetyczna uznawanych dotąd za jednorodne chorób.

Proces ten występuje we wszystkich dziedzinach medycyny. Tak np.

przez wiele lat znano tylko krwawiączkę - sprzężony z chromosomem

X defekt krzepnięcia krwi. Obecnie wyróżniamy hemofilię A, wywołaną

przez niedobór czynnika VIII i hemofilię B (chorobę Christmasa)

spowodowaną przez niedobór czynnika IX. Przez wiele lat sądzono, że

istnieje jednostka chorobowa, zwana idiotyzmem amaurotycznym,

charakteryzująca się spichrzaniem substancji tłuszczowych w

ośrodkowym układzie nerwowym. Ze względu na wiek wyróżniano w tej

chorobie postać wczesnodziecięcą (Taya i Sachsa), późnodziecięcą,

młodzieńczą

158

i późną. Okazało się następnie, że przypadki opisywane jako

idiotyzm amaurotyczny naprawdę zaliczają się do trzech różnych

typów chorób przemiany. Choroba Taya i Sachsa to gangliozydoza GMz,

przypadki traktowane jako najweześniejsze zespoły tego typu, to

gangliozydoza GM#, postacie późne zaś dotycz# zupełnie innego typu

przemiany i zaliczają się obecnie do eeroidolipofuscynozy. Okazało

się następnie, że ehoroba Taya i #achsa nie jest zaburzeniem

jednorodnym i można w niej wyróżnić co najmniej 4 odmiany różne pod

względem biochemicznym (odmianę A, odmianę 0, odmianę AB i odmianę

młodzieńezą). Niekiedy niejednorodność genetyczna może się

zaznaczaE nawet przy braku danych o molekularnym charakterze

choroby, tak np. w neuralnym zaniku mięśni (chorobie Charcota,

Marie i Tootha) wyróżniamy postać autosomalną dominującą,

autosomalną recesywną i recesywną sprzężoną z chromosomem X. Sprawę

komplikuje jeszeze możliwość występowania fenokopii, tzn. zaburzeń

o podobnym obrazie klinicznym, ale wywołanych nie czynnikami

genetyeznymi, leez głównie przez działanie czynników zewnętrznych.

Obok procesu rozpadu, jednorodnych dotąd, jednostek nozologicznych

występuje zarazem, choć w znacznie mniejszej skali, proces łą-

czenia oddzielnych dotąd zespołów. Tak np. #rzez ługie lata

u'znawano oddzielne istnienie stwardnienia rzekomego

(pseudoselerosi.s Westphal-Str#n,pell) i postępującego

zwyrodnienia wątrobowego Wilsona. Następnie okazało się, że jest to

jedna choroba charakteryzująca się zaburzeniem przemiany miedzi.

Niekiedy analiza biochemiczna pozwala na łączenie odmiennych

klinicznie postaci zaburzeń. Tak np. wśród mukopolisacharydoz

wyróżnian# do niedawna postać I, czyli chorobę Gertrudy Hurler,

charakteryzującą się upośledzeniem umysłowym, wadami koś‚ca,

powiększeniem wątroby ż śledziony, wadami innych narządów oraz

postać V - chorobę Seheiego, bez zaburzeń razwoju umysłowego, z

dużymi natomiast zmianami koś‚ca. Okazało się, że oba zaburzenia

wywołane są defektem tego samego enzymu a-iduronidazy, tyiko w

zespole Hurler defekt enzymu jest prawie całkowity, podezas gdy w

wariancie Seheiego jego aktywność jest częściowo zachowana.

Podobnie różne postacie defektu tego samego enzymu á-D-

galakto2ydazy odpowiadają za różne kliniczne zaburzenia:

wezesnodziecięcą postać gangliozydozy G##, chorobę Morquio B oraz

p.owoli #postępującą encefalopatię o późnym przebiegu. Jeżeli do

wiedzy o chorobach jednogenowych dodać postęp wiedzy w klasyfikacji

zaburzeń wieloczynnikowych, a także o zaburzeniach chromasomalnych,

to będzie widać, jak wiele wnoszą postępy genetyki do klasyfikacji

chorób.

GENETYKA A NOWOTWORZENIE

Znamy różne cechy uwarunkowane jednogenowo, w których występują

guzy nowotworowe lub w których jest znacznie zwiększona skłonność

do takich guzów. Przykładami ich mogą być: meurofibromat#za,

siatkówezak płodowy, choroba Hippel-Lindaua, zespół skóry

pergaminowej barwnikowej (xerodernza pżg#n,etztosum) itd. W

ogromnej większości częstych nowotworów częstość u krewnych

probanda na ogół nie odbiega od częstości w populacji ogólnej. W

ostatnich latach jednak okazało się, że mechanizmy genetyczne mogą

odgrywać istotną rolę w powstawaniu różnych nowotworów. Badania te

szły kilkoma torami. Jeden z kierunków polegał na wykazaniu roli

mutacji somatycznych w wy

159

stępowaniu nowotworów. Dowiodły tego badania nad siatkówczakiem

zarodkowym. Już przed wielu laty wykazano, że w części przypadków

siatków#zaka dochodzi do delecji w prążku 14 krótkiego ramienia

chromosomu 13. Badania późniejsze wykazały, że mikrodefekt

chromosomalny występuje częs-to u pacjentów z siatkówczakiem.

Zastosowanie metod analizy DNA pozwoliło na wykazanie, że u osób

heterozygotycznych dla mutacji przez rekombinację somatyczną

komórki siatkówki stają się homozygotyczne dla genu zmutowanego.

Taka homozygotycznośE może zresztą powstać również i w inny sposób,

np. jako skutek nierozłączenia się chromosomów w procesie mitozy.

Inny kierunek badania dotyczył wirusów onkogenicznych, a zwłaszcza

retrowirusów zbudowanych z RNA, zawierających odwrotną

transkryptazę RNA oraz przenoszących onkogeny, geny odpowiedzialne

za przemianę komórek normalnych w nowotworowe. Onkogeny wirusowe

(v-onc) wytwarzają białka o aktywności enzymatycznej kinaz lub

czynników wzrostowych. W ostatnich latach okazało się, że w

chromosomach ełowieka znajdują się również onkogeny (c-onc) o

bardzo zbliżonej budowie do onkogenów wirusowych. Ońkogeny

komórkowe znajdowano w komórkach nowotworowych. Okazało się

również, że w komórkach zdrowych znajdują się zbliżone do onkogenów

geny zwane protoonkogenami. Różnica między onkogenami a

protoonkogenami może być niewielka. Tak np. stwierdzono, że różnica

między protoonkogenem a onkogenem wyizolowanym z komórek raka

pęcherza moczowego dotyczy jednego tylko nukleotydu: w pozycji 12

kodowanego pxzez protoonkogen białka występuje glicyna, w

nowotworach w pożycji tej występuje walina. Mutacja punktowa może

również doprowadzić do aktywizacji onkogenu czyrmego przy

powstawaniu niektórych postaci raka płuc. Niekiedy przejście z

protoonkogenu w onkogen może się #dbyć pod wpływem wirusów

włączających promotorowe sekwencje DNA, aktywujących działanie

onkogenu. Innym sposobem aktywacji onkogenów jest translokacja

chromosomalna. Translokacja taka w przebiegu przewlekłej białaczki

szpikowej (chromosom F#ladelfia) przenosi onkogen c-abl z końca

ramienia długiego chromosomu 9 na chromosom 22 w sąsiedztwo genu

lambda lekkich łańcuchów immunoglobulinowych. Są dane, że promotory

DNA normalnie związane z wytwarzaniem łańcuchów lekkich

immunoglobulin uczynniają onkogen c=nbl. Dokładne mechanizmy

molekularne powstania nowotworów nie są jeszcze znane, widaE

jednakże, jakie perspektywy stwarza zastosowanie tych badań w

onkologii.

POST#PY GENETYKI A DIAGNOSTYKA

Uwzględnianie danych genetycznych ma istotne znaczenie dla

rozpoznawania chorób. Już na najbardziej powierzchownym poziomie

analizy uwzględnianie wywiadu rodzinnego jest ważne dla ustalenia

właściwego rozpoznania. Analiza rodowodów niekiedy pozwala

rozstrzygnąć, czy dwa zespoły chorobowe dotycząee zbliżonych

zaburzeń mają charakter alleliczny, czy nie. Analiza genetyczna

może się przyczynić do stwierdzenia skojarzenia między chorobą. a

znacznikiem genetycznym, bądź też pozwolić na ustalenie sprzężenia

między dwoma cechami. Niekiedy ma to nader żstotne znaczenie. Tak

np. stwierdzenie sprzężenia między dystrofią miotoniczną a grupami

krwi Se i Lewis pozwala na prenatalną diagnozę dystrofii

miotonicznej. Takie samo znaczeniE ma stwierdzenie sprzężenia

między jedną z postaci zaniku oliwkowo-mostowo-mbżdżkowego a HLA.

Można przypuszczać, że gdy nasza wiedza na ten temat

160

wzbogaci się, możliwa będzie wczesna diagnostyka i diagnostyka

prenatalna wielu zaburzeń typu strukturalnego. Niezwykle istotne

znaćzenie ma zastosowanie współczesnych metod biochemicznych do

rozpoznawania chorób. Pozwalają one na znacznie pełniejsze

rozpoznanie zaburzenia i jego postaci. W coraz większej liczbie

zespołów stosuje się do tej diagnostyki techniki hodowli tkankowej.

Poza diagnozą zaburzeń chromosomalnych pozwala ona na głębsze

poznanie wielu zaburzeń biochemicznych. W szczególnośći techniki te

mają zastosowanie w rozstrzyganiu, czy dwa podobne zaburzenia mogą

ulegać wzajemnej kompensacji. W ho= dowli fibrublastów chorego z

mukopolisacharydozą typu I (Hurler) gromadzą się metabolity

patologiczne. Podobnie jest w hodowli komórek chorego z

mukopolisacharydozą typu II - postacią Huntera. We wspólnej hodowli

oba defekty komórkowe ulegają kompensacji i nie gromadzą się

metabolity patologiczne. Taka komplementacja pozwala również na

wykrycie niejednorodności genetycznej w jednolitych, jak się dotąd

wydawało, zespołach. Wykazanie takiej komplementacji między

komórkami pochodzącymi od różnych pacjentów z chorobą Sanfilippo

pozwoliło na wykrycie postaci A i B tej choroby. Istotne znaczenie

w diagnostyce ma analiza asocjacji. Asocjacją, czyli skojarzeniem,

nazywamy występowanie łącznie dwóch cech częstszych, niżby tn

wynikało z przypadkowej koincydencji. Asocjacja może świadczyć o

związku fizjologicznym między dwoma cechami lub między cechą a

chorobą. Przykładem takiego związku może być asocjacja między grupą

krwi A a rakiem żołądka. Ze względu na to, że w tkankach raka

żołądka stwierdzano substancje zbliżone do budowy chemicznej

antygenu grupowego A, przypuszćza się, że u osób z tą grupą krwi

łatwiej może dochodzić do czegoś w rodzaju tolerancji

immunologicznej w stosunku do nowotworu. Wykaz niektórych asocj acj

ż przedstawia tabeia 35. Należy odróżniać asocjację od sprzężenia,

tzn. od skojarzenia dwóch cech, wywołanego lokalizacją ich genów w

niewielkiej odległośći w tym samym chromosomie. Na ogół cechy

sprzężone nie wykazują asocjacji w populacji ogólnej. Stwierdza się

natomiast charakterystyczną segregację ich w rodzińie: przekazują

się one bądź łącznie, bądź rozłącznie w zależnośći od tego, czy

geny znajdują się w jednym z chromosomów homologićznych, czy też

rozłącznie. W rzadkich tylko przypadkach sprzężenie jest tak

ścisłe, że prowadzi do asocjacji również w populacji ogólnej.

Przykładem takiego spxzężenia może być hemochromatoza - choroba

autosomalna recesywna, której gen znajduje się w chromosomie 6 w

bliskim sąsiedztwie genu HLA. Cecha ta wykazuje asocjację z HLA A3.

Tabela 35. Asocjacje między cechami i chorobami

Znacznik Choroba

Grupa krwi 0 Grupa krwi A

Zwiększone stężenie pepsynogenu w osoczu Niewrażliwość na smak

fenylotiomocznika HLA B27 HLA B27 HLA B27 HLA B8 HLA CW6

IndukowalnośE hydroksylazy węglowodorów aromatycznych

owrzodzenie dwunastnicy

rak żołądka

owrzodzenie dwunastnicy

wole

zesztywniające zapalenie kręgów zespół Reitera

ostre zapalenie jagodówki choroba trzewna

łuszczyca pospolita

rak odoskrzelowy płuca

11 - Zarys genetyki

Watne znaczenie dla diagnozy genetycznej ma wykrywanie heterozygot.

W przypadkach zaburzeń dotyczących enzymów najczęściej stwierdza

się efekt dawki i aktywność enzymu heterozygoty wynosi 50#/#

aktywńości enzymu homozygoty typu dzikiego. W przypadkach, w

których nie bada się bezpośredniego efektu genu, stosunki takie

mogą nie zachod#ić i wtedy pomocne bywają różne próby obciążeniowe.

Próby takie stosuje się m.in. w celu wykry.cia heterozygot dla genu

fenyloketonurii. Obciążenie fenyloalaniną i analiza zachowania się

zawartości fenyloalaniny i tyrozyny we krwi pozwala w większości

przypadków na klasyfikację badanych osobników. Do wykrywania mogą

być rówńież pomocne techńiki hodowli tkankowej, coraz częściej

stosuje się także w tym celu badanie aktywności enzymów w cebulkach

włosowych. Ważne znaczenie dla profilaktyki mają testy przesiewowe.

Badania takie stosuje się w populacji, zwłaszcza wtedy, jeśli można

wcześnie wykryć zaburzenie szczególnie ciężkie, któremu potrafimy

zapobiec lub możemy je leczyć. W różnych populacjach są to

zaburzenia różne. W Polsce ważne znaczenie ma wykrywanie

feny1oketonurii, galaktozemii, niedoczynności tarczycy, w

przyszłości mukowiscydozy. W populacjach o dużym odsetku ludńości

murzyńskiej ważne znaczeńie może mieć również stosowanie testów

przesiewowyeh w kierunku hemoglobinopatii. W populacji Żydów

aszkenazyjskich istotne znaczeńie mają przeglądy w kieruńku

wykryeia choroby Taya i Sachsa. Niekiedy stasuje się testy

przesiewowe w celu wykrycia heterozygot. Istnieją doświadczenia

tego typu z wykrywaniem heterozygot choroby Taya i Sachsa w grupach

ludności w Stanach Zjednaczonych. Wykrycie heterozygot pozwala na

identyfikację rodzin, w których oboje małżonkowie są heterozygotami

i istnieje ryzyko urodzenia się dziecka dotkniętego ch4robą. Od

metod stosowanych jako testy przesiewowe wymaga się spełnienia

kilku warunków. Muszą to być metody dość proste i dość tanie w

stosowaniu, cechować się dużą rzetelńością oraz trafnością,

zwłaszcza charakteryzować je musi duża czułość, tzn. muszą dawać

bardzo niewiele wyników fałszywie ujemnych. Mniej ważna w oceńie

testu przesiewowego jest jego swoistość, tzn. zdolność do dawania

małej liczby wyników fałszywie dodatnich. Na ogół wynik dodatńi w

teście przesiewowym wymaga potwierdzenia badaniami bardziej wyspecj

alizowanymi. Stosowanie testów przesiewowych w wybranych grupach

populacyjnych może stwarzać rozmaite problemy typu niemedycznego,

tak np. wśród Murzynów amerykańskich w latach siedemdziesiątych

zrodził się ostry protest przeciwko próbom wprowadzenia testów

przesiewowyeh w kierunku hemoglobinopatii, ponieważ uważano, że

jest to rodzaj dyskryminacji. Szczególne znaczenie mają osiągnięcia

genetyki dla rozwoju medycyny sądowej. Ze względu na ogromne

postępy w badaniach nad różnorodńościa gatuńku ludzkiego możliwe są

znacznie bardziej efektywne badania nad identyfikacją osób, a także

badania mające na celu wykluczenie rodzicielstwa. Obecnie coraz

więcej jest podstaw do tego, by nie tylko wykluczać rodzicielstwo,

lecz również z coraz większą ufnością rozpoznawać pozytywnie

ojcostwo lub macierzyństwo.

POST#PY GENETYKI A LECZENIE

Postępy genetyki są istotne również dla rozwoju terapii w

medycynie. Są one szczególnie ważne przy postępowaniu leczniczym

typu przetaczania krwi lub przeszczepiania narządów. Niekiedy

znajomość konstytucji genetycznej może mieć wpływ na wybór

postępowania leaniczego.

162

W ostatnich latach jesteśmy świadkami znacznych postępów w

dziedzinie# leczenia chorób uwarunkowanyeh genetycznie. Jedną z

pierwszych prób leczenia chorób, w których czynniki genetyczne

odgrywają istotną rolę, było. zastosowanie insuliny do leaenia cukr

Lycy. Obecnie rozporządzamy wieloma# metodami zapobiegania chorobom

genetycznym i ich terapii. Jednym z typów postępowania może być

unikanie określonych czynników środowiska zewnętrznego. Tak więc

możemy ograniczyć dowóz substratu; który wskutek defektu

enzymatycznego gromadziłby się w organizmie. Przykładami takiego

postępowania jest dieta skąpofenyloalaninowa w fenyloketo= nurii,

dieta bez leucyny, izoleucyny i waliny w chorobie syropu klonowego,

dieta bez galaktozy w galaktozemii, unikanie pokarmów bogatych w

miedź w chorobie Wilsona. W nietolerancji fruktozy wywołanej

defektem wątrobowej aldolazy fruktozo-1-fosforanowej unika się

pokarmów zawierających fru= ktozę. W niektórych chorobach ważne

może być ograniczenie stosowania niektórych leków. Taktyka ta jest

szczególnie ważna w porfirii oraz w defekcie dehydrogenazy

glukozo-6-fosforanowej. Niekiedy postępowanie zapobiegawcze polega

na unikaniu niektórych bodźców fizycznych, tak np. w xeroderma

pignzentosu#n. należy chronić organizm przed nasłonecznieniem.

Innym typem podejścia zapobiegawczo-leczniczego w chorobach

genetycznych jest uzupełnienie produktu końcowego defektywnej

reakcji enzymatycznej. Taką rolę odgrywa tyroksyna stosowana w

niedoczynności tarczyey lub hormony steroidowe w zespole

nadnerczowo-płciowym. Jeszcze innym typem postępowania jest

uzupełnianie brakującego enzymu. Stosowano tę metodę w próbach

leczenia niektórych mukopolisacharydoz prze= taczaniem krwi lub

krwinek. Niekiedy duże znaczenie terapeutyczne ma uzupełnienie

witamin spełniają= cych funkcję koenzymu niezbędnego do aktywacji

enzymu lub zapewnienia jego większej trwałości. Tego typu

postępowanie stosuje się między innymi w drgawkach

pirydoksynozależnych, niektórych postaciach choroby syropu

klonowego, acydurii metylomalanowej itd. Niekiedy dąży się do

substytucji defektywnego en#ymu przez przeszczepianie narządów. Tak

więc znamy próby przeszeepienia wątroby w zwyrodnie= niu wątrobowo-

soczewkowym, nerek w chorobie Fabry'ego, szpiku w niektó= rych

mukopolisacharydozach. Nieco inny ro„zaj podejścia polega na

dążeniu do indukcji defektywnegoenzymu. Przykładem takiej strategii

jest stosowańie fenobarbitalu w leczeniu niektórych żółtaczek

(dążność do indukcji transferazy bilirubinowej); a także

kortykosteroidów w leczeniu glikogenozy typu III. Innym typem

podejścia terapeutycznego jest dążność do hamowania działania

enzymu, którego nadmierna czynność prowadzi do gromadzenia się

szkodliwych metabolitów. Tak np. w zespole Lescha i Nyhana

zwiększona jest zawartość kwasu moczowego we krwi. Jest to wtórny

efekt bloku metabolicznego niedoboru odpornościowego, zespół Lescha

i Nyhana, ewentualnie hemofilia. cia tego wtórnego defektu

stasowano allapurynol, środek hamujący działani# oksydazy

ksantynowej. Następnym typem podejśeia terapeutycznego jest

eliminacja spichrzone# substancji z organizmu. Niekiedy próbowano

to osiągnąć w sposób mechaniczny, np. upustami krwi w

hemochromatozie, najrzęściej jednak stosuje siP w tym celu leki.

Przykładem tego może być stosowanie penicylaminy do usuwania miedzi

z organizmu w chorobie Wilsona. W ostatnich latach jesteśmy

świadkami prób stosowania inżynierii genetycznej do zapobiegania i

terapii. Polegają one na wykorzystaniu technik re

163

#ombinacji DNA do wprowadzania do organizmu brakujących genów.

Pierwsze próby tego rodzaju podjęto w latach sześćdziesiątych,

kiedy pacjez-ztom z hiperarginemią (niedobór arginazy) podawano

wirus brodawczaka Shape'a, zawierający brakujący ezzzym, nie

uzyskano jednak przekonywających efektów klinic?nych. Obecnie

podejmuje się różne próby wykorzystania nowoczesnych technik do

leczenia chorób genetycznych, szczególnie talassemii. Są to próby

korekty mutacji punktowych, próby aktywizacji genu gammag:obiny dla

podjęcia zastępczej produkcji HbF w talassemii á-0. Próby

przeszczepiania genów podejmuje się w różny sposób. Jedno podejście

polega na wprowadzaniu cDNA połąc#onego z innym promotorem. Jest

ono jednak obarczone ryzykiem braku właściwej regulacji produkcji

genów. Inne podejśeie polega na przeszczepianiu zarówno genu

strukturalnego, jak i sekwencji niezbędnych do regulacji działania

genu. Kolejny sposób polega na dążeniu do wprowadzania genu

zastępczego w miejsce zmutowanego genu do chromosomu, w którym

normalnie ten gen jest zlokalizowany. Ten sposób, #czywiście,

nastręcza największe trudności. Próby przeszczepiania genów

odbywają się przez polączenie genu z wektorem w postaci retrowirusa

lub plazmidu i następnie wprowadzanie prześzczepu do szpiku

kostnego. Interesujące wyniki w tym zakreśie uzyskano u myszy.

Pełniejsze wprowadzenie terapii genowej u człowieka jest

przedmiotem intensywnych badań. Podejścia tego typu wymagają dużej

ostrożności ze względu na to, że wprowadzenie sekwencji DNA do

genomu nie jest wolne od ryzyka karcynogenezy. Dlatego też rzeczą

niezwykle ważną jest dobór takich wektorów, które nie zawierają

onkogenów. Uważa się, że najbliższymi kandydatami do prowadzenia

terapii genowej są takie choroby, jak defekt dezaminazy

adenozynowej prowadzący do ciężkiego niedoboru odpornościowego,

zespół Lescha i Nyhana, ewentualnie hemofilia. Ogromne znaczenie ma

już dzisiaj zastosowanie inżynier genetycznej do produkowanin

leków i szczepionek. W szczególności stosuje się tę technikę do

otrzymywania insuliny, hormonu wzrostu, somatostatyny, szczepionki

prze#ciwko zapaleniu wątroby typu B itd. Uzyskane w ten sposób leki

można stosować z mniejszym ryzykiem wywołania reakcji alergicznych,

ponadto ten sposób przygotowywania leków usuwa ryzyko zakażenia

wirusem powolnym, znane bowiem były przypadki, kiedy u pacjentów

leczonych hormonem wzrostu uzyskiwanym z przysadek pobieranych ze

zwłok rozwijala się choroba Creutzfelda i Jaooba. Wprowadzenie

techniki inżynierii genetycznej usuwa ńiebezpieczeństwo tego

rodzaju.

PODSUMOWANIE

W powstawaniu.zaburzeń chorobowych odgrywają rolę czynniki

genetyczne i środowiskowe. Udział tych czynników bywa rozmaity w

różnych typach chorób. Ważna jest jednak zarówno analiza roli

środowiska w chorobach dziedzicznych, jak i roli czynników

genetycznych w chorobach zewnątrzpochodnych. Postępy biologii

molekularnej stworzyly podstawę do współczesnego pojmowania chorób

molekularnych. Szczególne znaczenie ma poznanie hemoglobinopat

jako modelowej choroby molekularnej. Poznanie defektów

enzymatycznych i ich skutków zezwala na znaczne wzbogacenie naszej

wiedzy o patologii człowieka oraz wprowadzenie nie

l E4

#dostępnych dotąd metod zapobiegania i leczenia. Postępy genetyki

przyczyniaj# się do rozwoju współczesnej klasyfikacji chorób, w

szczególności do poznania niejednol-odności genetycznej jednostek

chorobowych. Osiągnięcia #enetyki mają znaczenie dla diagnostyki w

medycynie, zwłaszcza dla diagnostyki heterozygotyczności, oraz

pozwalają na prowadzenie testów przesie###owych ważny-ch dla

postępowania zapobiegawczego. Osiągnięcia te po2walają również na

wprowadzenie różnorodnych strategii zapobiegawczo-lc#czniczych,

zaró#vno przez vrplywanie na określone czynniki środowiska

ze##vn#trżnego, ja# i sub;tytucję defektywnych produktów reakcji

lub braku,jac5#cii enzvni-.#-.

X rodowodów . Analiza

Et.ua Ma'nikowska-Czerska

Analiza występowania cech u poszczególnyeh osób i w kolejnych

pokoleniach należących do tej samej rodziny jeśt klasyczną metodą

badań genetycznych. Analiza pojedynczego rodowodu daje bardzo

ograniczoną możliwość wnioskowania. Analiza wielu rodzin, w których

występuje ta sama cecha, pozwala na określenie trybu jej

dziedziczenia. Opracowano w tym celu metody matematyczne. Przez

wiele lat był to podstawowy sposób przekazywania cech dziedzicznych

u ludzi. Wspól<zesna wiedza o mechanizmach dziedziczenia,

skojarzeniu (asocjacji) i sprzężeńiu cech oraz postępy w mapowańiu

chromosomów człowieka pozwalają na pogłębioną analizę rodowodów.

Służy ona do różnicowej diagnostyki genetycznej i prognoz

genetycznych w poradnictwie.

ZBIEftANIE I ZAPIS DANYCH RODZINNYCH

Zbieranie dan ch rodżinnych jest bardzo czasochłonne, wymaga

cierpliwości, dociekliwości y umiejętności prowadzenia rozmowy z

osobą, od której uzyskuje si dane. Niewiele osób zna dokładnie stan

zdrowia wśzystkich członków rodziny. Pierwsza rozmowa służy

zazwyczaj do konstrukcji drzewa genealogicznego i ustalenia, jakie

dodatkowe informacje są potrzebne. Dopiero przy drugiej, trzeciej

rozmowie można sporząd'zić zadowalający zapis dayDrzewo

genealogiczne zapisuje się używając międzynarodowyeh symboli,

rzedstawionych na rycinie 81. Osoba, poprzez którą zidentyfikowano

daną podzinę jako rodzinę ryzyka genetycznego, określana jest jako

proband. W zapisie drzewa genealogicznego probanda oznacza się

strzałką. Osoba zasięgająca porady genetycznej może być probandem

lub jego krewn m. Brak jest w języku polskim akreśleńia jednym

słowem osoby zasięgającej po. Na w odniej jest taką osobę określić

jako pacjenta, a w przypadku zasygańia pgady przez parę, pragnącą

mieć wspólne dzieci - jako pacjenta i pacjentkę. Poszczególne osoby

w rodzinie mogą mieć daną cechę wyrażoną w fenotypie i mogą być

określone jako chorzy. Inni członkowie rodziny mogą przekazywać

cechę (chorobę) g „miep pra didł y y f ńop pS to nosiciele cechy

(choroby). Inne osoby raz prawidłowy lub nieznany genotyp. Wreszcie

mogą być członkowie rodziny, co do których brak danych o fenotypie

i genotypie.

Pierwszym etapem jest zebranie danych personalnych i uporządkowanie

ich w karcie apisu rodowodu. Dla każdej z osób należy określić jej

pozycję w rodowodzie, to znaczy przporządkować numer pokolenia i

numer w obrębie pokolenia. Najstarsze pokolenie, co do którego

można uzyskać dane wywiadu lub przeprowadzić badanie, należy

oznarzyć numerem jeden. Przyjęto oznaczae cyfrą rzymską numer

pokolenia, a arabską numer porządkowy. ála każdej osoby trzeba

zanotować imię, nazwisko i datę lub przynajmniej rok urodzenia. W

razie potrzeby i możliwości dane te można uzupelnić adresem.

Jednocześnie należy rysowae drzewo genealogiczne. Pozwala to na

prawidłowe żanotowanie pokrewieństwa. Mając spis członków rodziny

i wyrysowane drzewo genealogiczne, naleiy upewnić się, czy nikt nie

został pominięty, a pokrewieństwa są zanotovrane prawidłowo. Z

naszyeh d#świadezeń wynika, że osoba, od której zbiera się wywiad,

najezęściej nie wie o występowaniu poronień samoistnych i często

pomija zgony we wezesnym dzieciństwie. Ponieważ mogą one świadezyć

o obciążeniu genetycznym, należy upewnić się co do ich

występowania, stawiając konkretne pytania. Następnie należy na

podstawie danych wywiadu ustalić fenotyp członków rodziny,

zapytując o stan zdrowia, anomalie rozwojowe (upośledzenie fizyczne

lub umysłowe) i ewentualnie przyczynę zgnnu. Pedantyczne

przeprowadzenie wywiadu rodzinnego w opisany wyżej spnsób jest

niezbędne dla uzyskania miarodajnych danych. Należy oczywiście

prowadzić wywiad ukierunkowany, notując dane negatywne i pozytywne,

odnoszące się do badanej cechy lub choroby. Wstępny wywiad z zasady

wymaga uzupelnień. Osoba, od której zebrano dane, musi uzyskać

dodatkowe informacje od swojej rodziny. W wielu przypadkach pomocne

jest uzyskanie fotograf rodżinnyeh i uważna ich analiza. Należy

dążyć do udokumentowania zebranych danych przez uzyskanie odpisów

badań i dokumentacji medycznej z zakładów leczniczych, z których

usług korzystali członkowie rodziny. W razie potrzeby należy

potwierdzić lub ustalić rozpoznanie przez zbadanie wybranyeh

członków rodziny. Z naszych doświadezeń wynika, że rodzice i

dziadkowie chorych genetycznie zgadzają się na przeprowadzenie

badań. Inńi krewni zgadzają się zwykle wówezas, gdy są bezpośrednio

zainteresowani leczeniem lub ustaleniem prngnozy genetycznej.

Ponownie należy podkreślić, że zebranie pełnych i wiarygodnych

danych rodzinnych jest żmudnym przedsięwzięciem, wymagającym

niekiedy wręcz detektywistycznych zdolności. Tradycyjny, rutynnwy

rodzinny wywiad lekarski jest niewystarezający. W odniesieniu do

badanych osób należy osobno sporządzić kartę opisu fenotypu,

zawierającą w podsumowaniu rozpoznanie i wnioski co do genntypu.

Opracowano wiele wzorów takich kart, m.in. wzory przystosowane do

wprowadzania do pamięci maszyn liczących. Omówienie tych wznrów

przekracza ramy ńiniejszego podręcznika. Ogólnie można stwierdzić,

że należy zapisywać tylko istotne dane. Im mniej danych zawiera

dokumentacja, tym bardżiej jest przejrzysta i przydatna. Tradycyjna

dokumentacja w postaci historii chorób czy kart ambulatoryjnych

jest mało użyteczna. Dokumentaeja genetyczna wymaga specjalnych

wzorów. Prowadzenie kartotek rodowodów, osób, nazwisk, rozpoznań

itp. jest niezbędne w rutynowej pracy poradni genetycznej, a tym

bardziej w pracy badawezej w zakresie genetyki człowieka. Należy

przewidywać korzystanie z maszyn liczących i zawezasu przygotowywać

dane, prowadząc przynajmniej wstępne kartoteki przy użyciu kart

selekcyjnych o brzeżnej lub lepiej pełnej perforacji. Jest to tym

bardziej istotne, że opieka genetyczna jest sprawą długofalową i

może dotyezyć kilku pokoleń tej samej rodziny.

1G8

PftZYKŁADY ANALIZY ftODOWODóW

DZIEDZICZENIE CECH AUłOSOMALNYCH RECESYWNYCH

Dziedziczenie cech autosomalnych recesywnych można najlepiej

zilustrować ńa przykładzie genetycznych chorób metabolicznych.

Choroba taka występuje u osoby mającej dwa zmutowane geny, tj. u

homozygoty. Heterozygotę T a b e 1 a 36. Karta opisu rodowodu z

mukowiscydozą. Przykład fikcyjny t>żyto

ajezęściej spotykanyeh w Polsce nazwisk i imion. W - dane z

wywiadu, D - dane potwierdzone dokumentacją, B - dane potwierdzone

badaniem na terenie własnym KOF - karta opisu fenotyp b w T okum t

i t owodla N - fenotyp prawidłowy (nie ma objawów chor

ykowiscydozy, #-- heterozychoroby, O - brak danych, ++ heń typ ltyp

dziki), ? - dane wątpliwe goEa, homozygota, prawidłowy

Rodowód nr 842 Rozpoznanie: mukowiscydoza

Zebrał: Dr E. Manikowska-Czerska. Data: 07.06.1982. Aktualizowany:

Pozycja Nazwisko,imię,data urodzenia

I,I Kowalski Jan 1893

I,2 Kowalska z d.Zielińska Janina

03.08.1899

11,1 Kowalski Jan 1925

II,2 Wiśniewska Janina 1926

II,3 Kowalski Stanisław

II,4 Kowalski Andrzej 03.02.1930

II,5 Kowalska z d.Brzezińska Maria

08.12.1931

II,6 Majewska Maria 07.03.1932

11,7 Majewski Jan 09.10.1931

III,1 Kowal z d.Wiśniewska Maria 1946

III,2 Wiśniewska Janina 1948

II1,3 Kowalezyk Anna z d.Wiśniewska

1950

I11.4 Kowalski Jan 1952

III; J Kowalski Andrzej 1954

III,6 Majewska z d.Kowalska Maria

15.12.1957

III,7 Majewski Henryk 04.01.1956

III,8 Majewska Janina 09.07.1960(pac-

jentka)

IV,Z-4 zdrowe dzieci III,1

brak bliższych danych

IV,5-7 zdrowe dzieei III,3

brak bliższych danych

IV,8 poronienie 16Hbd 1976

IV,9 Majewski Jan 03.08.1978

IV,10 Majewska Maria 09.10.1980

lnrobandl

Fenotyp # Genotyp N-W, zginął 1939 - - l?) N-g, analiza aktywa- -f-

- B cyjna paznokci

N-W (?) od 1939 za granicą, brak

danych N-W

N-W, (bezdzietny, żonaty) N-W

N-W, rodawód nieobciążony (W) N-W

N-W, rodoaród nieabćiążony (W)

N-W, ma czworo zdrowych dzieci

N-W, panna (bezdzietna)

N-W, ma troje zdrowych dzieci

N-W, kawaler, bezdzietny

N-W, kawaler,

bezdzietny

N-W N-B

N-B analiza aktywacyjna paznokei -fŃ-W

N-W

nie wnosi danych N-g, analiza aktywacyjna paznokci -#ł-g,

potwierdzon laboratoryjnie KOF

-I- - W

-f- - w

-I- - W 169

z jednym genem zmutowanym i jednym prawidłowym (typ dziki) można

traktować jako nosićiela cechy (choroby). Wreszeie homozygotę z

dwoma ge- nami prawidłowymi można traktować jako osobę zdrową, nie

wykazującą ry- zyka genetyeznego. Odnośnie do wielu chorób wiadomo,

że jest to uproszcze= nie i przekazywanie ich można rozpatrywać

jako dziedziczenie kodominu- jące (patrz rozdziały I, VII i XIV).

W tabeli 36 podan4 przykład karty opisu rodowodu obciążonego

mu#owiscydozą. 1Va karcie podano fikcyjne nazwiska i imiona,

posługując się częstymi w Polsce ich przykładami. Karta opisu jest

dogodnym i sprawdzonym w praktyce wżorem. Na karcie jedna osoba

została wpisana pomyłkowo w niewłaściwej pozycjx. Pomyłka została

poprawiona tak, żeby skreślony tekst pozostał czytelny; miejsce to

na rycinie zaznaczono gwiazdką. Na podstawie karty narysowano

drzewo genealogiczne przedstawione na ry„nie B2. Oba dokumenty

powstawały stopniowo na podstawie analizy uzyskiwanych danych. Tok

opracowania i rozumowania przedstawiono poniżej. Do poradni

genetycznej zgłosiła się kobieta lat 20, o prawidłowym fenotypie,

której przypisano fikcyjne nazwisko Janina Majewska (II1.8.

pacjentka ryc. 82). Jest niezamężna, ale jest zaniepokojona

przyszłością, bo brat (Henryk III.7.) ma dziecko chore od

urodzenia. Z wywiadu wynika, że brat ożenił się z siostrą cioteczną

(małżeństwo spokrewnione II1.6 i III.7). Z uwagi na stopień

pokrewieństwa istnieje prawdapodobieństwo 1 :8 (12,5o##), że w

dowolnym locus u obu tych osób występuje wspólny gen odziedziczony

po jednym z dziadków (I.1 i 1.2). Istnieje więc ryzyko 1 :16 (6,25)

wystąpienia

170

Ryc. 82. Przykład formularza do rysowania rodowodu. Wyrysowano

fikcyjny ro- dowód na podstawie kart apisu w tabeli 36. ńie

ujawnionej dotychczas w rodzinie choroby recesywnej. Ryzyko mieści

się w granicach średniego (patrz rozdział I - Poradnictwo

genetyczne), jest znacznie większe od ryzyka populacyjnego. Przy

następnej wizycie pacjentka zgłosiła się z całą rodziną brata. Z

dokumentacji wynikało, że Maria Majewska (IV.10), proband, dziecko

brata, jest chora na mukowiscydozę, rozpoznaną w innej placówce. Na

życzenie rodziny wykonano badania i sporządzono kartę opisu

fenotypu. W zasadzie miarodajna dokumentacja stanowi wystarczającą

podstawę. U starszego brata probanda (Jan Majewski, IV.9) i u

pacjentki I11.8 wykonano test w kierunku nosicielstwa mukowiscydozy

- analizę aktywacyjną paznokci. Nie jest to test w pełni

miaroKiajny, gdyż niekiedy daje wyniki fałszywie ujemne. Załóżmy,

że te wyniki były dodatnie. Rodziców probanda nie trzeba badać,

gdyż są obligatoryjnymi heterozygotami. Gen mukowiscydozy został

albo przekazany przez II.4, II.5, II.6, 11.7, albo powstał na

skutek świeżej mutacji. Prawdopodobieństwo świeżej mutacji, a

zwłaszcza dwóch, jest znikome. Częstość genu mukowiscydozy w

populacji polskiej wynośi ok. 2o/o. Jeżeli I.1 lub I.2 byli

heterozygotami, to prawd#podobieństwo, że II.4 i II.6 są

heterozygotami wynosi 25o/o. W celu weryfikacji tej ostatniej

hipotezy można by zbadać osoby I.2 (I.1 nie żyje), II.4 i II.6.

Zbadanie i dodatni wynik testu na nosicielstwo u jedńej z tych osób

czyni hipotezę prawdopodobną na d#statecznym paziomie ufnoś„.

Wybrano zbadanie prababki ;probanda Janiny Kowalskiej (I.2) i

uzyskano wynik dodatni. Z danych tych można wyciągnąć wiele

wniosków. Probanda IV.10 można na pewno określić jako homozygotę

pod względem mukowiscydozy. Gen tej choroby został przekazany z

rodziny Zielińskich. Prawdopodobieństwo, że zmarły Jan Kowalski

(I.1) był heterozygotą jest małe. Wiemy, że I.2 jest heterozygotą.

Prawdopodobieństwo, że małżeństwo

#wóch heterozygot ma pięcioro fenotypowo zdrowyeh dzieci wynosi 4

to jest 0,24. Stąd prawdopodobieństwo, że I.1 nie jest

heterozygotą, wynosi 0,76. Można przyjąć, że gen mukowiscydozy

został przekazany z rodziny Zielińskich. Można uważać, że

udowodniono z wystarczającym prawdopodobieństwem, że II.4 i II.6 są

heterozygotami na padstawie rodowodu. Prawdopodobieństwo, że gen

mukowiscydozy pochodzi od II.5 lub I1.7 jest równe częśtości genu

mukowiscydozy w populacji, to jest około 2o/o, a ściślej 1 : 47.

Toteż narysowano drzewo genealogiczne, jak to przedstawiono na

rycinie 83. Co do pozostałych nie badanych członków rodziny nie ma

wystarczających podstaw do próby wnioskowania o genotypie. Jest to

typowa analiza rodowodu a posteriori. Drzewo genealogiczne jest

typowym przykładem przekazywania względnie rzadkiej cechy

recesywnej, która ujawniła się dzięki małrieństwu między krewnymi.

Gdyby nie było testu, można by przyjąć z 6o/o prawdopodobieństwem,

że spokrewnienie stanowi element wystąpienia choroby u IV.9.

Wiadomo byłoby, że IV.10 jest homozygotą, a III.6 i III.7 są

obligatoryjnymi heterozygotami. Z tych danych można obliczyć

prawdopodobieństwa genotypu IV.9 i II1.8. Co do obu wiadomo, że nie

są homozygotami typu zmutowanego, mogą więc tylko być homozygotą

typu dzikiego lub heterozygotą. Z rozkładu dwumianowego można

wyliczyć, że IV.9 ma 2 szanse na 3 (tj. około 66o/o), że jest

heterozygotą i 1 na 3 (tj. około 33o/o), że jest homozygotą typu

dzikiego. Na temat II1.8 wia„omo, że przynajmniej jedno z jej

rodziców jest heterózygotą, bo brat jest obligatoryjnym

heterozygotą. Prawdopodobieństwo, że jej rodzice są obydwoje

heterozygotami jest małe. Częstość genu

Ryc. 83. Typowy rodowód rodziny, w której u dwojga dzieci wvstąpiła

choroba recesywna. Negatywne dane dotyczące innych członków

rodziny, wystąpienie objawów u dwojga rodzeństwa różnej płci

nasuwają podejrzenie ehoroby o typie dziedzicznym autosomalnym

recesywnym.

mukowiscydozy w populacji polskiej wynosi ok. 2a/o, stąd częstość

heterozygot odpowiada okoł# 4o,'# i przy swobodnym kojarzeniu można

przewidywać częstość małżeństw między heterozygotami na około

0,1óoj„. Stąd III.8 prawdopodobnie jest córką heterozygoty i

homozygoty typu dzikieg#. Można więc przyjąć, że ma równe szanse,

po 50o/#, że jest heterozygotą lub homozygotą typu dzikiego.

Zastosowanie testu na nosicielstwo choroby wykazuje, że cecha ta

jest w omawianej rodzinże przekazywana "pionowo" przez cztery

pokolenia. Jest to charakterystyczne dla wszystkieh chorób

metabolicznych, dla których dostępne są testy na wykrycie

heterozygot. Dla wielu cech recesywnych nie ma jednak testów na

wykrycie heterozygot. Można identyfikować tylko homozygoty - osoby

z daną ceehą (chorych) oraz ich rodziców - obligatoryjne

heterozygoty. Powstaje wówezas typowy zapis rodowodu z "poziomym"

występowaniem cech, jak to przedstawia rycxna 83. Bardzo często

zdarza się, że jedna osoba w rodzińie dotknięta jest choro= bą, o

której z piśmiennictwa wiadomo, że może być sprawą recesywną lub

dominującą autosomalną, lub sprzężoną z chromosomem X. Rodowód może

być całkowicie nieobciążony. Ustalenie toku dziedziczenia choroby

jeśt ni#możliwe i dopiero urodzenie drugiej osoby z tą samą chorobą

może wyjaśnić sprawę. Najogólniej można powiedzieć, że

dziedziczenie recesywne autosomalne należy podejrzewać wówezas,

gdy: 1) choroba występuje u rodzeństwa; rodzice, dzieci osób

ch#rych i inni krewni nie wykazują objawów ehoroby, 2) jedna

czwarta rodzeństw probanda jest dotknięta chorobą, na ogół

pojedyneze rodowody nie dostarezają #ostatecznej liczby danych, .

3) osoby pł„ żeńskiej i płci męskiej są równie często dotknięte

chorobą, 4) rodzice chorej osoby są spokrewnieni, 5) dla celów

praktycznych, jeśli udało się wyłączyć dziedziczenie sprzężone z

chromosomem X i chor#ba o znanym z literatury, recesywnym toku

dziedziczenia występuje u dwojga dzieci tych samych rodziców przy

nieobciążonym rodow#dzie, można podejrzewać chorobę autosomalną

recesywną. To samo odnosi się do rzadkiego nie zidentyfikowanego

zespołu.

172

DZIEDZICZENIE CECH AUłOSOMALNYCH DOMINUJt#CYCH

Dziedziczenie cech autosomalnych dominujących charakteryzuje się

występowaniem osób o nieprawidłowym fenotypie "pionowo" w

rodowodzie, tj. w# kilku kolejnych pokoleniach. Rycina 84

przedstawia rodowód rodziny obciążonej nieprawidłowością rozwoju

kończyn - zespołem szczypców h#ma= ra.

ftoůdowód przedstawia najczęstszą sytuacje, to jest przekazywanie

cechy u potomstwa hetero#ygoty i prawidłowej homozygoty. Cecha jest

przekazywana tylko przez osoby wykazujące ją w fenotypie, dotyczy

około połowy ich potomstwa i występuje w przybliżeniu równie często

u obu płci. Istotne jest, że cecha przekazywana jest przez

dotknięte kobiety i mężczyzn. Należy zwrócić uwagę, że cecha może

występować w różnym nasileniu, co zaznaczono na rysunku. Nie

stwierdzono cechy w rodzinie matki probanda i dlatego zanotowano

słownie wynik wywiadu na rycinie. W niektórych rodowodach obserwuje

śię pokolenia, w których cecha nie występuje, tzw. przeskakiwanie

pokoleń. Jest to zjawisko rzadkie i wymaga analizy, może bowiem

świadczyć o bardziej złożonym toku dziedziczenia. Jest to

najczęściej związane z występowaniem choroby o niepełnej

penetracji, a także ze zmiennym stopniem wyrażenia cechy. W

niektórych rodzinach stwierdza się zjawisko antycypacji, to jest

występowania w kolejnych pokoleniach bardziej nasilonych

(wyrażonych) objawów choroby, albo też występowania ich we

wcześniejszym wieku. Nowsze badania wykazują, że antycypacja jest

artefaktem statystycznym i większośćgenetyków uważa, że w

rzeczywistości zjawisko to nie istnieje. Analizując rodowód należy

liczye się z najczęstszą sytuacją, wynikającą ze zwiążku

heterozygoty z prawidłową homozygotą. W przypadku związk dwojga

heterozygot 25a#o potomstwa ponosi ryzyko, że będżie zmutowanymi

homozygotami. Odróżnienie heterozygot od homozygot wśród potomstwa

może być trudne. U homozygot objawy.choroby są bardziej wyrażone.

Z zasady choroby dominujące są w stanie homozygotycznym letalne.

Homozygoty te zazwyczaj giną w.cześnie i do#hodzi do wczesnego

poronienia, które może: umknąć uwadze, lub do śmierci we wczesnym

dzieciństwie. Stosunek hete= rozygot do homozygot prawidłowych w

takich rodzinach będzie zbliżać się: do 2 :1, zamiast 1:1, jak to

obserwuje się w wypadku związku heterozygoty z prawidłową

homozygotą. W przypadku związku homozygoty z chorobą dominującą z

prawidłowym homozygotą wśzystkie dzieci są dotkńięte cho

173:

:robą. Sytuacja taka u ludzi zdarza śię niezwykle rzadko. Należy

przyjąć, że :ok. 80o#'o przypadków chorób dominujących wiąże śię ze

świeżą mutacją W tej sytuacji rodowód jest #ałkowicie nieobciążony.

W podsumowaniu należy stwierdzić, że autosomalny dominujący tok

dzie,dziczenia należy podejrzewać, jeżeli: 1) ch#roba występuje we

wszystkich pokoleniach,

2) chóroba występuje z równą częstością u obu płci i jest

przekazywana przez ośoby obu pł#i, 3) dotknięta ośoba,przekazuje

cechę połowie swojego potomstwa, 4) ezłonkowie rodziny nie mający

fenotypowych cech choroby mają zdrowe dzieci, 5) dwie osoby z

podobnymi miernymi nieprawidłowościami fenotypu mają dżieci z

dużymi wadami (25o/o), podobne do rodzitów (50o/o) i prawidłowe

(25#/o), to można podejrzewać związek dwóch heterózygot mających

ceehg dominującą; niewielkie odchylenia od nórmy u pozostałych

krewnyth mo:gły umknąć uwadze; krewnych tych, przede wszystkim

rodziców i następnie ródzeństwo, należy zbadać.

:DZIEDZICZENIE CECH KODOMINUJĄCYCH I CECH PO#REDNICH

Dziedziczenie cech kodominujących i cech pośrednich maże nasuwać

dużE trudności przy analizie rodówodu. W praktyce u ludzi ten typ

dziedziczenis można udokumentować metódami biochernicznymi i

serologicznymi. Genetycz#ne choroby metaboliczne należy obecnie

rozważać w kategoriach dziedziczenia kodominującego (patrz rozdział

I, VII). Grupy krwi M i N są klasycznym i pierwszym śtwierdzonym u

ludzi przykładem kodominacji. Fenotyp homozygoty M lub N jest

odpowiednio M luk N, heterozygoty - MN. Cechy, które znajdują

pośredni wyraz w fenotypie .można uchwycić badając cechy il#ściowe.

Przyjmuje się, że cechy dzieri zbli;żają się do średńiej pomiędzy

ródzicami. Na przykład aktywność określonego enzymu u dziecka

odpowiada średńiej z aktywności tego enzymu u oby:dwojga rodziców.

Ze względu na złożone interakcje pomiędzy genami tegc typu proste

rozumówanie jest mało przydatne w analizie pojedynczych roů

#dówodów.

DZIEDZICZENIE CECH SPRZ#ŹONYCH Z CHROMOSOMEM X

Dziedziczenie cech spxzężonych z chromosomem X można łatwo

rozpoznai #na padstawie typowego rodowodu. W wielu wypadkach jest

trudno wyłączyć i zróżnicować je z chorobami przekazywanymi jako

cecha recesywna -Cechy zlokalizowane w :chromosomie X mogą być

przekazywane jako recesywne lub dominująee. Mężczyźni mają jeden

chromosom X i dlategó okre:śla się ich jako hemizygoty.

Konsekwencją hemizygotyczności mężczyzn jes' to, że zarówno

dominujące, jak i recesywne cechy sprzężone z chromosomen X są

wyrażone. U kobiet tylko jeden chrómosom X jest funkcjonalny w

każdej komórce drugi natomiast ulega inaktywacji. Inaktywacja

chromosomu X odbywa sit w sposób przypadkowy. Toteż cechy

dominujące są wyraż#ne w połowie komórek kobiet heterozygotycznych.

W połówie komórek wyrażana jest alleliczna cecha recesywna. U

kobiet homozygoty#anych dana #echa jest wyrażona oczywiście we

wszystkich komórkach. Dlatego podstawówym kryterium określenia

heterozygoty#zności kobiety jest wykazanie różnórodności populacji

jej komórek pód względem badanej cechy. Można to łatwo wykaza#

#174

za pomocą barwnych reakcji histochemicznych na aktywność enzymów.

Jeżeli dana cecha wiąże się z niedobarem aktywności, to połowa

komórek po= zAstanie ńie zabarwiona, a połowa wykaże reakcję

barwną. W przypadku ba= dania aktywności w homogeńizatath tkanek

lub w płynach ustrojowych u kobiety homozygoty - typ dziki,

aktywność wynosi 100 w jednostkach arbitralnych, u heterozygoty 50,

a u hom-ozygoty - typ zmutowany, jest Q lub bliska zera. U mężczyzn

adpowiednie aktywności wynoszą 100 lub 0, za= leżnie od tego, kt„ry

z alleli występuje. Z zasady recesywne choroby sprzę= żone z

chromosomem X są letalne u homozygot płci żeńskiej, toteż chorobY

te rzadko występują u kobiet. Klasycznymi przykładami recesywnych

chorób sprzężonych z chromoso= mem X są hemofilia A i dystrofia

mięśniowa typu Duchenne'a. W związku z postępami leczenia hem#filii

rnężczyźni obciążeni #tą ehorobą przeżywają długi czas i mają

dzieci. Rottowód rodzinny z hemofilią przedstawia ryci= na 85 a.

Wykazuje on cechy typowe. Tylko mężczyźni mają objawy choro= by,

wszyscy ich synowie są zdrowi, a córki są nosicielkami.

Ryc. 85. Rodoworly rodzin z hemofilią A: a - rodowód typawy dla

recesywner cechy sprzężonej z chromasomem X potomstwn hemofilik,a

i homozygoty, typ dziki (zdrowej); b - potomstwo hemofilńka i

nosicielki heterazygoty, objawy choroby# wystąpiły u dwóch córek

homozygnt - zdarzenie niezwykle rzadkie.

łrzeba dodać, że objawy hemofilii mogą wystąpić u kobiet homozygot,

po= chodzących ze związku hemizygotyrznego mężczyzny i heterozygoty

nośicielkż hemofilii (ryc. 85 b). Rycina 86 przedstawża rodow„d

rodziny z dystrofi# mięśniową typu Du-chenne'a. Cechą

charakterysty#zną tego rodowodu jest to,. że chorzy mężczyźni nie

dożywają wieku repradukcji.

Ryc. 86. Rodowód rodziny z dystrofią mięśniową typu Duchenne'a,

dziedziczenie# eeehy recesywnej sprzężonej z ehromosomem X.

l7Źł

Recesywny tok dziedziczenia sprzężony z chromosomem X należy

podejrzewać, jeżeli: 1) choroba występuje znacznie częściej u

mężczyzn niż u kobiet, 2) chory mężczyzna nigdy nie przekazuje

cechy synom, 3) wszystkie córki chorego są nosicielkami i choroba

występuje u ok. 50o/o ich synów, 4) choroba jest ciężka i mężczyźni

ńie dożywają wieku reprodukcyjnego, #to w kolejnych pokoleniach

występują serie kobiet nosicielek. Dziedziczenie dominujące

sprzężone z chromosomem X dotyczy niewielu #cech. Prakty#nie ważne

jest (patrz niżej), że w ten sposób dżiedziczy śię #cecha grupowa

krwi Xg. Również w ten sposób dziedziczy się krzywica oporna na

witaminę D. Zgodnie z tym, co powiedziano wyżej, objawy choroby są

Iżejsze u heterozygot płci żeńskiej niż u hemizygot (płci męskiej).

Dziedżiczenie dominujące sprzężone z chrmmosomem X należy

podejrzewać, jeżeli : 1) chory mężczyzna ma wyłącznie chore córki

i wyłącznie zdrowych synów, 2) chore kobiety heterozygoty

przekazuja cechę ok. 50o/o swego potomstwa, ńiezależnie od jego

płci, chore kobiety homozygoty przekazują cechę wszystkim swoim

dżieciom, 3) choroba wyst#puje dwa razy częś„ej u kobiet niż u

mężezyzn.

Na zakończenie należy podkreślić, że cechy sprzężone z chromosomem

X nie są przekazywane potomstwu płci męskiej przez ojców.

Odstępstwo od tej reguły stanowią aberracje chromosomów płciowych,

w których dodatkowy chromosom X pochodzi ad ojca. Rycina 87

przedstawia typowy rodowód dla dziedziczenia cechy dominującej

sprzężonej z chromosomem X.

áZIEáZICZENIE NIEftEGULAftNE

Dżiedziczenie nieregularne, związane z przekazywaniem aberracji

chromosomów i cech warunkowanych jednogenowo, nie daje typowych

rodowodów. Jednakże zebranie danych modzinnych jest istatne. Liezba

chůorych w rodzinie i ich pozycja w rodowodzie obciążonym chorobą

wielogenową ma zaśadnicze znaczenie dla ustalenia ryzyka

genetycznego. Około 4o/o przypadków aberracji chrom#somalnysh

występuje rodzinnie i analiza rodowodu pozwala na znale#ienie

nosicieli transl#kacji. Analiza ta ma również znaezenie dla oceny

ryzyka empirycznego, które jest różne dla poszczególnych typów

dziedzicznych aberracji chromosomalnych.

176

Ryc. 87. Przykład dziedziczenia cechy dominującej, sprzężonej z

chromoso- mem X. FENOłYP A ANALIZA IZODOWODU

Rodzaj defektu genetycznego i związany z nim fenotyp choroby nie

pozwala na wnioskowanie o toku dziedziczenia. Większość

genetycznych chorób metabolicznych należy do autosomalnych

recesywnych chorób jednogenowych, aczkolwiek wiele z nich jest

sprzężonych z chromosomem X (np. choroba Lescha i Nyhana lub

nieprawidłowości dehydrogenazy glukozo-6-fosforanowej, tj. G6PD).

Opisano jednak wielogenowy mechanizm odpowiedzialny za różnorodność

reakcji hemolitycznej u osób z niedoborem G6PD. Różnorodność ta

zależy od szybkości acetylacji sulfonów, która jest warunkowana

przez geny autosomalne. Magon i wsp. (1981) wykazali, że w

niektórych przypadkach choroba hemolityczna związana z niedoborem

G6PD wykazuje połimorfizm dzięki temu, że jest schorzeniem

wielogenowym, a nie dzięki różnorodności serii alleli występujących

w locus G6PD chromosomu X. Można liczyć się z ustaleniem

mechanizmów wielogenowych warunkujących różnorodność wariantów i

innych pozornie jednogenowych chorób. Trzeba też liczyć się z tym,

że serie alleli prawidłowych mogą modyfikować stopień ekspresji

dominujących chorób autosomalnych. Inaczej mówiąc, zmutowany gen

dominujący może wyrażać się w różny sposób, zależnie od tego, który

z alleli z prawidłowej serii genów recesywnych występuje wspólnie

z nim. U homozygot mogą występować kombinacje różnych alleli

zmutowanych. Stąd ta sama w zasadzie choroba może mieć różny obraz

kliniezny u członków tej samej rodziny. Rodzaj i rozległość zmian

nie świadczą o niczym. Rózległe wady strukturalne (tzw.

wielowadzie), mogą być wyrazem autosomalnej choroby dominującej lub

dziedziczenia jednogenowego. Zespół Laurence'a, Moona i Biedla

(hipogonadyżm, polidaktylia, otyłość, głuchota, niedorozwój

umysłowy i barwnikowe zwyrodnienie siatkówki) dziedziczy się jako

recesywna choroba autosomalna. Podobnie izolowane wady budowy, jak

zarośnięcie odbytu lub zwężenie wodociągu mózgu (Sylwiusza) i

następcze wodogłowie, mogą być sprawami jednogenowymi, recesywnymi

lub sprzężonymi z chromosomem X, albo dominującymi. Aberracje

chromosomalne z zasady prowadzą do licznych wad wrodzonych.

Wreszcie różne geny mogą prowadzić do tego samego defektu.

"Wrodzona" głuchota jest tego przykładem. Stevenson i Cheeseman

opisali rodowód przedstawiony w skróconej formie na rycinie 88. Na

szczególną uwagę zasługuje 6 zdrowych i o prawidłowym słuchu synów

(IV) głuchego od urodzenia małżeństwa spokrewnionego w III

pokoleniu.

Ryc. 88. Rodowód rodziny obciążonej "wrodzoną" głuchotą,

wykazującej genetyczną heterogenność tej choroby (na podstawie

danych Stevensona i Chee#V semana).

12 - Zarys genetyhi

SPRZĘ#ENIE CECH A ANALIZA RODOWODU

Dzięki współczesnym technikom badania lokalizacji cech uzyskuje się

coraz to bardziej szczegółowe mapy chromosomów człowieka. Gen

warunkujący ehorobę może być sprzężony z genem warunkującym cechę,

którą łatwo jest oznaczyć metodami serologicznymi lub

biochemicznymi. Cecha ta może służyć jako znacznik (słowo znacznik

jest tłumaczeniem angielskiego "marker", z nie znanych bliżej

przyczyn niektórzy autorzy używają w języku polskim określenia

"cecha markerowa"). Występowanie znacznika w fenotypie pozwala

zidentyfikować nosiciela choroby lub osobę obciążoną chorobą,

jeszcze zanim ujawniły się jej objawy. Cechy znacznikowe mogą być

wykorzystane w diagnostyce prenatalnej, jak np. cechy antygenów

zgodnoś„ tkankowej (układu HLA) w prenatalnym rozpoznaniu zespołu

nadnerczowo-płciowego. Sprzężenie cech zostało omówione w rozdziale

VII o dziedziczeniu jednogenowym. W tym miejscu należy tylko podać

warunki, jakim muszą odpowiadać badana cecha i cecha znacznikowa.

W przypadku badania sprzężenia cech autosomalnych:

1) każda z obu cech musi być warunkowana genem występującym w

pojedynczym locus, oba locż muszą być ze sobą ściśle sprzężone, 2)

współczynnik rekombinacji obu locż powinien być określony

ilościowo, 3) badana osoba musi być potomkiem podwójnej

heterozygoty i (najczęściej) podwójnej homozygoty, 4) trzeba

dysponować miarodajnymi danyxni dla określenia, czy cecha badana i

znacznikowa są w pozycji cżs czy trans u podwójnej heterozygoty

(jedno z rodziców badanej osoby). Murphy i Chase (1975) obliczyli,

że można przewidywać, że mniej niż 20o/o par rodzicielskich

obciążonych rzadkimi chorobami genetycznymi będzie spełniać te

warunki. Obecnie istotnym elementem badania rodowodu jest badanie

DNA za pomocą technik opisanych w rozdziale XVI.

PODSUMOWANIE

Zebranie, zapisanie i analiza danych rodzinnych jest ważnym

elementem weryfikacji i uściślenia choroby genetycznej. Trzeba

systematycznie zachowywać następujący tok postępowania: 1) zebrać

dane personalne, 2) narysować drzewo genealogiczne, 3) zebrać i

nanieść na kartę rodowodu i drzewo genealogiczne dane o fenotypach

poszczególnych osób w rodzinie. Dane o fenotypie uzyskane z wywiadu

należy w miarę możliwości zweryfikować przez uzyskanie dokumentacji

medycznej lub wykonanie badań. Znany z piśmiennictwa tok

dziedziczenia choroby należy porównać z badanym rodowodem.

Charakterystyczne rodowody otrzymuje się w przypadkach

autosomalnych lub sprzężonych z chromosomem X dominujących i

recesywnych cech. Choroby wielogenowe i wywołane aberracjami

chromosomalnymi nie dają charakterystycznych cech. W analizie

niektórych rodowodów (mniej niż 20##o) można wykorzystać sprzężenie

cech dla badania toku dziedziczenia i identyfikacji osób ryzyka

genetycznego. XI. G enet#ka populac#j na

Ignacy Wald

PODSłAWOWE POJĘCIA

Genetyka populacyjna zajmuje się zachowaniem genów w populacjach.

Przez populację rozumiemy zbiór osobników, którzy mogą wchodzić ze

sobą w stosunki seksualne i mieć potomstwo. Takie znaczenie terminu

"populacja" różni się zatem od zakresu jego stosowania w

statystyce. W znaczeniu genetycznym nie będzie więc populacją grupa

żołnierzy w jednostce wojskowej, może ona natomiast stanowić

populację w sensie statystycznym. Genetyka populacyjna ma istotne

znaczenie dla poznania struktury i funkcjonowania populacji

ludzkich i stanowi jedną z podstaw teoretycznych nauki o zdrowiu

publicznym. Podstawowym pojęciem genetyki populacyjnej jest

częstość genu, która oznacza stosunek liczby alleli określonego

rodzaju do liczby wszystkich genów w danym miejscu genowym w

populacji. Ze względu na to, że człowiek jest istotą diploidalną,

liczba genów w danym miejscu genowym w populacji jest dwa razy

większa od liczby osobników w populacji. Wyobraźmy sobie np., że w

populacji 1000-osobowej występują dwie osoby z pląsawicą

Huntingtona. Ponieważ jest to cecha dominująca, do wystąpienia

objawów choroby wystarczy jeden gen. Ze względu na rzadkość

zjawiska można przypuszczać, że osoby dotknięte chorobą są

heterozygotami. Tak więc częstość genu pląsawicy Huntin.gtona w

badanej populacji wyniesie:

W przypadku cech kodominujących ocena częstości genu polega po

prostu na zliczeniu odpowiednich alleli i podzieleniu ich przez

podwójną liczbę osobników w populacji. Przykład takiego oblieenia

dla grup krwi M i N #odaje tabela 37.

ł a b e 1 a 39. Obliczenie częstości genów grup krwi M i N w

populacji 1000 osób

Genotypy

MM I MN I NN

Razem

Liczebność osobników ś64 364 1000 Liczba alleli M 1150 Liczba

alleli N 850

179

Ogólnie rzecz biorąc, jeśli mamy 2 allele kodominujące: A i B,

liczebność odpowiednich genotypów oznaczamy odpowiednio przez naA,

#AB, nBB, całko- witą liczbę osób w populacji oznaczymy przez N (N

= naA -#- -nAB -f- -nBB), to wtedy częstość genu A wyniesie:

Bardziej złożona jest sytuacja, kiedy jeden z alleli jest

dominujący, a drugi recesywny. Do ustalenia częstości genów

wykorzystuje się wtedy prawo Hardy'ego i Weinberga.

PRAWO HAftDY'EGO I WEINBEftGA

Jest to podstawowa zależność występująca w genetyce populacyjnej.

Została ona ustalona w 1908 r. niezależnie przez matematyka

angielskiego G. H. Hardy'ego i lekarza niemieckiego W. Weinberga.

Hardy opracował tę zależność w odpowiedzi na pytanie biologa

angielskiego R. Punnetta, który interesował się, czy allele

dominujące w populacji wypierają allele recesywne. Hardy uważał

odkrytą przez siebie zależność za tak banalną, że pracy na ten

temat nie posłał do czasopisma matematycznego, ale ogłosił ją w

ogólnonaukowym piśmie Scien.ce. Potem okazało się, że jest to

podstawowe prawo genetyki populacyj nej. Zasada ta polega na

następującej zależności: jeżeli w populacji krzyżującej się w

sposób losowy w danym miejscu genowym, występują 2 alłele A f a o

częstościach odpowiednio p i q, to stosunki wzajemne liczebności

genotypów można wyrazić następującym wzorem:

%taA : #LAa : %#aa = #7= : 2g7q : q=

innymi słowy, w populacji spełniającej założenia prawa Hardy'ego i

Weinberga częstość genotypu AA wynosi p=, Aa 2pq, an q#. Są to

składniki dobr Le znanego wzoru na kwadrat dwumianu: (p -#- q)z.

Można mieć wątpliwości, czy w populacjach ludzkich dobór seksualny

odbywa się w sposób losowy. Tak oczywiśeie nie jest. Ludzie jednak

przy dobieraniu partnerów seksualnych biorą pod uwagę takie cechy,

jak wzrost, urodę, inteligencję, majątek itd., żadna z tych cech na

ogół nie bywa uwarunkowana genetycznie w sposób prosty. Przy

doborze seksualnym partnerzy nie zwracają na ogół uwagi na to,

jakie są grupy krwi wybranego lub wybranki, jaka jest jego lub jej

wrażliwość na smak fenylotiomocznika itd. Innymi słowy, z punktu

widzenia wielu cech uwarunkowanych genetycznie w sposób prosty

dobór seksualny w populacjach ludzkich jest losowy. Ze względu na

ograniczenia społeczno-kulturowe losowość ta z reguły nie bywa

pełna. Takie ograniczenie losowości wynika np. z zakazów związków

180

kazirodczych obowiązujących w prawie wszystkich kulturach.

Odchylenia od losowości powstające z tej przyczyny są jednak

niewielkie i nie odgrywają istotnej roli, jeżeli populacja jest

dostatecznie duża. Jak wykazuje wiele badań, rozkład Hardy'ego i

Weinberga jest wystarczająco dobrym przybliżeniem zależności między

częstością genów a częstością genotypów w bardżo wie1u przypadkach.

Regułę Hardy'ego i Weinberga można również uogólnić na większą

liczbę alleli niż dwa. Prawo Hardy'ego i Weinberga pozwala na

oznaczenie częstości genów w populacji w różnych warunkach.

Wyobraźmy sobie, że interesuje nas częstość genów fenyloketonurii

w populacji. Częstość tego zaburzenia (dżiedziczenie recesywne)

wynosi ok. 1 na 10000 urodzeń w większości populacji

europejskich. CzęstośE genu fenyloketonur wynosi zatem q = 1 ,

tzn. 10 000 0,01. Częstość genu "dzikiego" wynosi odpowiednio 0,99.

Na podstawie tej reguły można również ocenić częstość heterazygot,

wynosi ona bowiem 2pq, a przy małej częstości genu r#cesywnego p

można traktować jako bliskie jedności. Wtedy część heterozygot _cv

2 p. W przypadku fenyloketonurii częstość ta wynosi ok. 1 : 50,

tzn. 0,02. Znajomość tej zależności ma istotne znaczenie dla

zrozumienia pochodzenia chorób recesywnych w populacji. W ogromnej

większości przypadków osoby chore na choroby recesywne rodzą się ze

związku dwojga heterozygotycznych nosicieli. Z tego punktu widzenia

jasne staje się, jak bezzasadne były postulaty zwolenników eugeniki

negatywnej, domagających się sterylizacji osób chorych na choroby

uwarunkowane genetycznie w celu zapobiegania ich wystąpieniu w

populacji. Tabela 38 przedstawia zależność między częstością

homozygot a częstością heterozygot przy różnych częstościach

występowania homozygot.

'C a b e I a 38. Zw#iązek między częstością homozygot i heterozygot

przy różnych ezęstościach występowania homozygot

CzęstośE homozygot

CzęstośE Stosunek częstości heterozygot heterozygot do homozygot

1:10 1:2,3 4,3:1

1:100 1:5,6 18:1

1:1000 1:16 61:1

1:10000 1: 51 198:1

1:100000 1:159 630:1

1:1000000 1: 501 1998:1

Ze względu na to, że głównym źródłem chorób recesywnych są

heterozygoty, w celu zapobiegania chorobie należałoby sterylizować

nosicieli. Ponieważ każdy z nas jest heterozygotycznym nosicielem

5 do 6 genów odpowiedzialnych za ciężkie choroby, tego typu

działanie wymagałoby steryl:zacji całej populacji. W ten sposób

osiągnięto by wprawdzie zabezpieczenie przed szerzeniem się chorób,

załatwiano by jednak sprawę istnienia ludzkości w ogóle. Jeśli nie

działają czynniki wpływające na odchylenia od zasady Hardy'ego i

Weinberga, takie np., jak mutacja, selekcja, migracja, to częstość

genu w następnym pokoleniu nie ulegnie zmianie i częstości

genotypów w następnym pokoleniu będą takie same. Dlatego też prawo

to niekiedy nosi nazwę równowagi Hardy'ego i Weinberga.

181

Jeżeli dochodzi do zmieszania się dwóch populaeji ů o różnych

ezęstościach genów; to - jeśli krzyżowanie odbywa się w sposób

losowy - już w na- stępnym pokoleniu częstość genotypów będzie

zgodna z prawem Hardy'ego i Weinberga.

POLIMORFIZMY GENEłYCZNE

ł a b e 1 a 39. Niektóre polimorfizmy genetyczne u człowieka

Antygeny krwinek Białkak owicy c e k h Ań yy k Enzymy czerwonych

wątroby

ABO haptoglobiny fosfataza

Se se (cecha wy- (HplS,HplF, kwaśna

dzielania) Hp) dehydrogena-

MNSs _ transferyny za glukozo-

P lPi,Pz) (łfc,łfs, -6-fosfoglu-

Rh TfD) konianowa

Lewis (Le,Le) grupy Gc kinaza

Duffy (G#1,G#z) adenylowa

(Fya,Fyb,Fy) ceruloplazmi- Peptydaza A

Kidd (Jka,Jkb) na (CpA (P

Diego (Die,Dib) CpB,CpC) Pep

Lutheran (Lua, system Gm fosfogluko-

Lub) (Gm'ůz, mutazy

Kell (K,k) Gm3,s)

Xg (Xga,Xg) pseudocholi-

noesteraza

surowicy

układ HLA

dehydrogenaza alkoholowa (ADH2, ADH3)

Polimorfizmem g#netycznym nazywamy sytuację, w której w danym

miejscu genowym występują w populacji co najmniej dwa allele, przy

czym częstość każdego z genotypów nie jest mniejsza niż 1 - 2o/o.

Przy takiej częstości genetypów występowanie allela w populacji nie

może być tłumaczone wyłącznie powstawaniem nowych mutantów.

Szczególną rolę w badaniu polimorfizmów odegrało wprowadzenie

różnych metod elektroforezy białek do praktyki badań populacyjnych.

Jak wykazują badania prowadzone w populacjach różnych gatunków,

polimorfizm występuje w ok. 30o/a locż. Jak wykazały badania H.

Harrisa i wsp. nad polimorfizmem białek, średnio co 12 osobnik w

populacji jest heterozygotą dla badanych locż. Jest to podstawą dla

ogromnej zmienności indywidualnej. Na podstawie badania tylko 14

białek stwierdzono, że prawdopodobieństwo, by losowo dobrani z

populacji osobnicy mieli identyczny skład genetyczny wynosi .

Najważniejsze polimorfizmy 35000 genetyczne u człowieka przedstawia

tabela 39.

Niekiedy polimorfizm może mieć istotne znaczenie biologiczne.

Przykładem tego są sytuacje, kiedy różne genotypy mają rozmaite

wartości przystosowawcze. Pouczająca w tym względzie jest sprawa

niedokrwistości sierpowatokrwinkowej i malarii tropikał#ej. Jak

wiadomo, homozygoty genu niedokrwistości sierpowatokrwinkowej

HbS/HbS mają ciężką niedokrwistość he

182

ł a b e 1 a 40. Częstość mutacji u cziowieka '

Cecha Liczba mgtantów na lOá amet

Cechy dominujące autosomalne

Achondroplazja 6-13

Aniridia

Dystrofia miotoniczna 8-11

Siatkówezak zarodkowy 6-12

Akrocefalosyndaktylia

Stwardnienie guzow ate 5-15

Neurofibromatoza 44-1Ofl

łorbielowatośE nerek 65-- 120

Cechy reeesy#rne autosomalne

Mikrocefalia 25- 49

Rybia łuska wrodzona 11

Cereidolipofuscynoza - postać mlodzieńeza

5lepota na barwy całkowita

ienylohe!on##ria 25

Cechy sprzężone z e!tro#=iosotnem X

Hemofilia A 32- 57

Hemofilia B 2- 3

Dystrofia.rnie#niowa Duchenne'ti 46-105

Zespół Bloeha i Sulzbergera 6- 20

Mutacje chrorz:osomowe zdarzają się znacznie częściej niż mutacje

genowe. Przykładem może być trisomia 21 występująca z częstością 1

na 700 urodzeń, w ok. 99##o przypadków powstaje ona de #ovo.

Mutacje mogą zależeć od wielu czynników. Jak wisdomo, ryzyko

mutacji chromosomowej, zwłaszeza pQwstającej w wyniku

ńierozłączenia, rośnie wraz z wiekiem matki, ryzyko niektórych

mutacji genowych rośnie z wiekiem ojca. łnnym czynnikiem tnogącym

prowadzić do odc:hylenia od równowagi Hardy'ego i Weinberga jest

migracja. Wpływy migracji mogą być rozmaite. Tak np., jeże?i

migrują z populacji osoby cechujące się naj?epszym zdrowiem, to w

pop#:lacji, w której występuje częsta choroba genetyczna,

##vłaszeza dominująca, może dojść do wzrastu ezęstoś„ tego genu. Z

drugiej strony procesy migracyjne prowadz.# do rozpa#u grup

izolowanych i do zmniejszenia wplywu spokrewnienia na częstość

występowania cechy, a także do zmniejszenia odchylającego dzialania

dryfu na częstość genóvr. Kolejnym czynnikiem wpływającym na

odehylenie od równowagi genetycznej jest selekeja. Działa ona

wtedy, kiedy różne genotypy mają rozmaite przystosowanie

biologiczne mierzone liczbą posiadanego potomstwa. #'Vspółczynnik

selekeji jest dopełnieniem do jedności współezynnika przystosowania

biologicznego (s = 1 - f). Proces selekeji działa odmiennie w

zależności od tego, #y chodzi o cechy dominujące, czy recesywne;

selekeja działa znacznie wolniej na częstość genów cech recesywnych

(ryc. 89). Należy zaznaczyć, że selekeja m#że działać w każdej

fazie cyklu życiowego organiżmu. Może zatem od#ziaływać na

twoz~zenie gamet, na ich przeżycie. na tworzenie się zygoty, rozwój

płodu, przeży„e noworodków, rozwój w okresie postnatalnym i

##łreszcie na okoliczności związane z prokreacją. Okoliczności

zewnętrzne mogą wpływać na działanie selekeji w różnych stadiach

jej rozwoju. Tals np. przed wprowadzeniem insuliny osoby chore na

cukrzycę młodzieńezą podlegały ostrej selekeji. Odporność na

choroby zakaźne była

184

Ryc. 89. Wpływ selekeji na czgstość cechy dominującej (linia \

ciągła) i recesywnej (linia przerywana). Wspbłezynnik selekeji

wynosi 100%. Cecha dominująca ó 0,8 ## zostaje wyeliminowana po

pierwszym pokoleniu, częstośE cechy recesywnej zmniejsza się

powołi. # 0;6 \\ -u \

0,4

0,2

1 2 3 4 5 6 1 8 9 t0

Pokolenia

ważnym czynnikiem selekcyjnym, zwłaszeza przed wprowadżeniem

antybiotyków. Powyżej była mowa o przypadkach, w których homozygoty

i heterozygoty mają różnokierunkowe wartości przystosowaweze. W

sytuacji, w której homozygota jest dotknięta ciężką chorobą, a

heterozygota ma z różnyeh przyczyn podwyższony wskaźnik

przystosowania biologicznego, selekeja może dżialać w kierunku

utrzymania częstości genów w populacji, mimo że cecha wywołana

przez ten gen jest szkodliwa. Mogą się zdarzać i odmienne sytuacje,

takie np., w których selekeja działa nie przeciw homozygotom, ale

przeciw heterozygotom. Przyk#adem tego jest grupa krwi Rh.

Heterozygoty obciążone są ryzykiem konfliktu serologicznego. W tej

sytuacji ciśnienie selekcyjne dąży do zmniejszenia częstości

heterozygot w populacji. W populacjach niewielkich występują

fluktuacje losowe w częstości poszezególnych genów. Zjawisko to

nosi nazwę dryfu genetycznego. Może ono prowadzić do istotnych

odehyleń od pierwotnej częstości genów. Przykładem działania dryfu

jest niezwykle duża częstość achromatopsji (autosomalnej recesywnej

zupełnej ślepoty na barwy) na wyspie Pingelap na Oceanie Spokojnym.

W końcu XVIII wieku na wyspie tej w wyniku huraganu wyginęła prawie

cała ludność; pozostało ok. 30 mieszkańców. Przypuszeza się, że

ówezesny wódz ludności wyspy był heterozygotą pod względem

achromatopsji. Miał on kilka żon i wiele dzieci. Jeśli przyjąć tę

hipotezę, wskutek dryfu częstość genu wzrosła z pierwotnej wartości

1,4o/o do 23o#o w połowie XX wieku. Istotną rolę w procesach dryfu

odgrywa zjawisko zwane efektem założyciela, ponieważ wystąpienie

genu u jednego z członków populacji wyjściowej może losowo

doprowadzić do znaeznej częstości genu w następnych pokoleniach.

Przypuszeza się, że ze zjawiskiem dryfu wiąże się duża częstość

niektórych genów w populacjach izolowanych, nie zawsze

geograficznie, ale niekiedy kulturowo. Tak np. częstość choroby

Taya i Sachsa i niektórych innych lipidoz jest wielokrotnie większa

u Żydów aszkenazyjskich, którzy mieszkali w Europie Środkowej i

Wsehodniej niż u reszty ludności tych krajd# czy Żydów innego

pochodzenia. Przypuszeza się, że ta niezwykle duża częstość genu (i

choroby) wywo#ana jest fluktuacją przypadkową, ehoć nie można wyklu

185

czyć, że heterozygoty tych ciężkich chorób miały jakieś przewagi

biologiczne, mogły być np. bardziej odporne na gruźlicę, częstą w

skupiskach gett. W mia- rę rozpadu grup izolowanych i wzrostu

liczebności populacji zjawiska dryfu za- nikają.

SPOKHEWNIENIE W POPULACJI

Jednym z czynników zaburzających równowagę Hardy'ego i Weinberga

jest spokrewnienie w populacji. Wzrost częstości małżeństw między

krewnymi nie wpływa sam przez się na częstość genów, wpływa

jednakże na częstość genotypów, zwiększa mianowicie częstość

homozygot w populacji. Miarą spokrewnienia jest współczynnik

wsobności. Jest to prawdopodobieństwo, że w da

#_ 1 _

F 66 F 2Ś6

Ryc. 90. Rodowody przedstawiające niektóre przykłady związków

krewniaczych. Wartość F odnosi się do potomstwa ze związku

zaznaczonego linią podwójną; A - kuzynowie z pierwszej linii, B -

kuzynowie z drugiej linii, C - kuzynowie z trzeciej linii, D -

podwójni kuzynowie z pierwszej linii, E - brat i siostra.

nym miejscu genowym wystąpi homozygotyczność wywołana tym, że oba

geny pochodzą od wspólnego przodka. Współczynnik wsobności oznacza

się na ogół przez F. Współczynnik wsobności u dziecka zrodzonego ze

związku między 1

wujkiem a siostrzenicą wynosi -, u dziecka kuzynów z pierwszej

linii

1 1

-, u dziecka kuzynów z drugiej linii - (ryc. 90).

16 64

W warunkach częstego występowania małżeństw spokrewnionych

przeciętne F w populacji będzie większe od zera. Częstość genotypów

AA wynosi wtedy pz --# Fpq, częstość genotypów aa: q2 -f- Fpq,

częstość heterozygot natomiast: 2pq - 2 Fpq. W niektórych

populacjach częstość małżeństw spokrewnionych, a zwłaszcza z

kuzynami pierwszej linii, była dość duża. Rzutowało to również na

częstość

186

występowania chorób recesywnych. W miarę przemian kulturowych i

spadku przeciętnego współeżynnika spokrewnienia zmniejsza się

również częstość chorób recesywnych. Największy stopień

spokrewnienia występuje u człowieka w przypadkach kazirodztwa. U

dzieci zrodzonych ze związków kazirodezych jest wyraźnie zwiększona

częstość chorób recesywnych, a jak sądzą niektórzy, również i

niektórych zaburzeń uwarunkowanych wieloczynnikowo.

GENEłYKA POPULACYJNA I EWOLUCJA

Zasadniczą rolę w procesie ewolucji odgrywa współdziałanie między

mutacjami a selekeją. Dokładniejsze wejrzenie w proces ewolucji

stało się możliwe dzięki rozwojowi metod biologii molekularnej.

Zastosowanie ich pozwoliło na analizę rozwoju ewolucyjnego różnych

białek o istotnym znaczeniu biologicznym. Szezególnie ważne badania

dotyczyły takich białek, jak cytochrom C i hemoglobina. Rycina 91

przedstawia ewolucję cytoehromu C i wskazuje liczbę substytucji

aminokwasowych w rozwoju od grzybów do cżłowieka. Jednym z

mechanizmów mających znaczenie w ewolucji są duplikacje występujące

w poszezególnych genach. Duplikacje te sprzyjają powstawaniu

niesymetrycznych przekrzyżowań (crossing over). Badania nad

niektórymi białkami wykazują, że odgrywają one rolę również u

człowieka. Przykładem tego jeśt haptoglobina człowieka. Rycina 92

pokazuje rolę tych procesów w powstawaniu różnych wariantów

haptoglobiny. Badania nad ewolueją molekularną doprow„dziły do

pewnych nowych koncepeji dotyczących mechanizmów e#volucji. Według

tradycyjnych poglądów ewolucjonistycznych ogromna więkśzość mutacji

jest szkodliwa i jest szybko eliminowana działaniem selekeji.

Rz„dko zdarza się mutacja korzystna dla gatunku, która może być

lub.może nie być podtrzymywana przez selekeję. Badania nad

substytucjami aminokwasówymi zrodziły przypuszezenia, że w ewolucji

molekularnej odgrywają również rolę mutacje neutralne, mutacje,

których wartość przystosowaweza jest bliska zeru. Utrwalenie t„kich

nowych mutacji jest wynikiem dryfu genetycznego. W świetle tych

koncepeji procesy losowe odgrywałyby znacznie większą rolę, niż

dotąd przypuszezano. Spór pomżędzy selekejonistami a neutralistami

nie jest dotąd rozstrzygnięty, wydaje się, że w ewolucji mogą mieć

znaczenie oba wspomniane mechanizmy. W dyskusjach nad rozwojem

współezesnej cywilizacji nierzadko spotyka się stwierdzenia, że

postęp medycyny doprowadzi do eliminacji doboru naturalnego.

Twierdzenia te nie są całkowicie uzasadnione. Po pierwsze, selekeja

działa w różnych fazach życia organizmu i selekeja realizująca się

w okresie prenatalnym niewiele zmienia się pod wpływem postępów

medycyny. Istnieją dowody na to, że selekeja w stosunku do

niektórych cech uległa osłabieniu. Dotyczy to np. cukrzycy,

krótkowzroczności itd. Należy pamiętać jednak o tym, że rozwój

medycyny, opróez rozluźnienia niektórych rodzajów selekeji, może

prowadzić do zaostrzenia selekeji wywieranej na niektóre geny

szkodliwe. Przykładem tego jest omawiany powyżej polimorfizm

zrównoważony dotyczący niedokrwistości sierpowatokrwinkowej i

malarii tropikalnej. Postęp medycyny, eliminacja pełzaka malarii

prowadzi do zmniejszenia częstości genu hemoglobinopatii S. Tak

więc wpływ rozwoju medycyny na rozmaite częstości genowe nie jest

bynajmniej jednokierunkowy. Postęp medycyny może mieć zarówno wpływ

dysgeniczny, jak i eugeniczny.

187

40 ,2 #

# # -1l

Y # O L

#c 30

# 20

13 g 4

# 75 11

1S #O

15 515

9 8 6

1 4 1

N r

# d

- O

# š #

# U # # o L

o E tl Ó L Y

aob # b # d c "

# #„ ć.ó #,ó c # d #.n #< # ś Q, ó,c a n

# 'a c u u # # c `# - c # # r# # u d Q' c a, # -c #' # # b 0 # a#

> d # o # o > C ##~ůN-N-NVYY 0.Y#Yá.#UlOYŻ U ů

#.Rezkrę-

Grzyb# # # #vce Strunowce

Hyc.: 91. Ewolucja cytochromu C. Na ltażdym odcinku zaznaczono

lfczbę podsta#vień aminokwasowych, które zaszły w czasie

odpowiednich zmian ewolucyjnych (modyfikaeja wg Margoliasha).

Należy zwrócić również uwagę na to, że ńiektóre procesy #ysgeniczne

związane z postępem medycyny są niezwykle powolne. Można założyć

np., że stosowane obecnie postępowanie zapobiegawcze dotyczące

fenyloketonurii likwiduje zmniejszenie przystosowania

biologicżnego, występujące w tej chorobie. Dotąd na ogół ludzie

chorzy na fenyloketonurię najczęściej nie mieli po188 HplF HplF

HP2 Mutacja

HplS HplS

a b

Ryc. 92. Duplikacja genów haptoglobiny w procesie ewolucji: a -

allele haptoglobiny HPlF i HPls; b - nierówne crossing-over między

HplF i fioss p# jako sposób powstania H (wg Smithiesa).

tomstwa. Jeżeli teraz liczba potomstwa osób z fenyloketonurią

będzie taka sama jak w populacji kontrolnej, to można orzec, że

przestaje działać selekcja prze„vr fenyloketonurii, nie zostają

natomiast wyeliminowane mutacje w kierunku tego zaburzenia. Tak

więc zostaje zaburzona równowaga między mutacją a selekcją,

częstość zespołu będzie rosła z pokolenia na pokolenie. Gzęstość

genu fenyloketonur wynosi obecnie ok. 1 na 100. Można obliczyć,

że do podwojenia tej częstości, to znaczy osiągnięcia q =-,

niezbędne będzie 1

100 pokaleń, tzn. 3000 lat. Widać zatem, jak powoine są tutaj

procesy dysgeniczne. Można twierdzić, że wzgląd na nie nie powinien

wpływać na formułowanie zadań polityki służby zdrowia w tej

dziedzinie.

PODSUMOWANIE

Genetyka populacyjna zajmuje się zachowaniem się genów w

populacjach. Podstawowym pojęciem jej jest częstość genu,

podstawowym prawem zasada Hardy'ego i Weinberga. Zasada ta ustala

stosunki między częstościami genów a częstościami genotypów w

populacji krzyżującej się w sposób losowy. W populacji takiej

częstość poszczególnych genotypów jest prostą funkcją częstości

genów (nAa : n,na : lZaa = p= : 2pq : q=). W populacji znajdującej

się w równowadze częstość genu nie ulega zmianie z pokolenia na

pokolenie. Zasada Hardy'ego i Weinberga pozwala na ocenę ezęstości

genu na podstawie oceny częstości genotypu recesywnego. Głównym

źródłem homozygot w populacji są heterozygoty. Podstawowymi

czynnikami odpowiedzialnymi za odchylenia od równowagi genetycznej

są: mutacja, migracja, selekcja, spokrewnienie. Różnice w

przystosowaniu biologicznym różnych genotypów mogą tłumaczyć

występowanie w populacji polimorfizmów, m.in. polimorfizmu

zrównoważonego. Postęp cywilizacji może wpływać zarówno na

osłabienie, jak i na zaostrzenie selekcji naturalnej. XII.

Immunogenet#ka

A#na Czlon,ko#wska

Odpowiedź immunologiczna powstająca w wyniku kontaktu organizmu z

antygenem może przejawiać się jako reakcja humoralna lub komórkowa.

Limfocyty i makrofagi biorą udział w procesach odpornościowych.

Odpowiedź immunologiczna humoralna związana jest z wytwar'Laniem

przeciwciał, których obecność można wykazać w surowicy krwi i

płynach ustrojowych. Pod wpływem stymulacji antygenowej małe

limfocyty B przekształcają się w plazmocyty, zdolne do syntezy i

wydzielania przeciwciał. Reakcje immunologiczne typu komórkowego

związane są z pojawieniem się uczulonych limfocytów T. Wytwarzają

one mediatory reakcji immunologicznych (limfokiny) lub biorą

bezpośredni udział w reakcjach cytotoksycznych. Ten typ odpowiedzi

immunologicznej związany jest z powstaniem nadwrażliwości typu

późnego, a więc reakcji, takich jak np. nadwrażliwość kontaktowa,

odrzucanie przeszczepu, reakcja tuberkulinowa. Funkcjonowanie

układu immunologicznego determinowane jest przez odrębne grupy

genów: 1. Geny kodujące wolne immunoglobuliny oraz receptory

immunoglobulinowe limfocytów B. 2. Geny wchodzące w skład głównego

układu zgodności tkankowej. Warunkują one rozpoznawanie komórek

układu immunologicznego między sobą i ich różnicowanie. 3. Geny

kodujące receptor dla antygenów na limfocytach T.

GENEłYCZNA KONłROLA SYNłEZY IMMUNOGLOBULIN

BUDOWA IMMUNOGLOáULIN

Podstawową jednostką immunoglobuliny jest tetramer składający się

z dwóch łańcuchów ciężkich (heavy chain - H), tej samej klasy, oraz

dwóch identycznych łańcuchów lekkich (light chain - L) tego samego

typu. Powiązane są one ze sobą za pomocą wiązań dwusiarczkowych

(ryc. 93). Masa cząsteczkowa łańcucha ciężkiego wynosi 55 000 - 72

000 w zależności od klasy, a w jego skład wchodzi ok. 440

aminokwasów. Istnieje 5 klas łańcuchów ciężkich: gamma, alfa, mi,

delta, epsilon. Masa cząsteczkowa łańcucha lekkiego wynosi 23 000,

składa się on z 211 - 221 aminokwasów. Istnieją dwa typy łańcuchów

lekkich: kappa i lambda. Klasa immunoglobuliny określana jest przez

rodzaj łańcucha ciężkiego. U człowieka immunoglobulina klasy IgG ma

łańcuch gamma, klasy IgM

190

tahcuch lekki

CzęśE hiperzmierma

Łań ciężl„ cięż

q5 s S

CH# --5-s-- Część hiperzmierma

-s-s - Czgść zowia5own Czgś E wiqżqea dopetniacz C 2

Mos&i H #, Wg9ta#adon dwusiarczkowe

CH3

Ryc. 93. Schemat budowy cząsteczkI immunoglobuliny klasy G (wg

Benacerrafa i Unanue 19?9).

łańcuch mi, klasy IgA - alfa, klasy IgD - delta, klasy IgE -

epsilon. Cząsteczka immunoglobuliny każdej klasy zawiera parę

identycznych łańcuchów ciężkich oraz parę identycznych łańcuchów

lekkich. Charakterystyka i rola poszczególnych klas immunoglobulin

podane są w tab. 41.

ł a b e 1 a 41. Charakterystyka Immunoglobulin człowieka

Klasa Stężenie w Masa Okres pół- Łańcu- Lańcu- Charakterysurowicy

cząsteczkowa trwania chy lek- chy cięż- styczne m /100 ml) (dni)

kie kie właściwości l g

IgG 900-1800 160 000 18-23 K i L gamma Precypityny Antytoksyny

Wiązanie do- pełniacza Późne prze- ciwciała 5-6,5 K i L alfa

Ochrona po- IgA 156--294 170 000 wierzchni i polimery K i L mi

Aglutyniny

IgM 67-145 960 000 5 Opsoniny Lizyny Wiązanie dopełniacza Wczesne

przeciwciała

IgD 0,3-40 184 000 2,8 K i L delta Nieznane IgE 10-130 188 105 2,3

K i L epsilon Reaginy

Według Roitta, 1978.

Każdy łańcuch zarówno „ężki, jak i lekki składa się z części

zmiennej V (variable), stanowiącej część N-terminalną łańcucha,

oraz z części stałej C (constant), stanowiącej część C-terminalną

łańcucha. Część zmienna zawiera od 100 do 120 reszt aminokwasowych

łańeucha. Decyduje ona o swoistości przeciweiała i w jej obrębie

znajduje się miejsce wiązania antygenu. W części zmiennej istnieje

część hiperzmienna, w której zmiennośE sekwencji aminokwasów jest

szczególnie duża. Pozostałą część oticinka zmiennego można

zaszeregować w poszczególne podklasy, i tak: łańcuch kappa ma 4

podklasy, a łańcuch lambda - 5 podklas. Każdy łańcuch dzieli się na

regiony (domeny) zawierające po ok. 110 aminokwasów. Około 60

aminokwasów każdego

191

regionu tworzy pętle, połączone mostkami dwusiarczkowymi. Łańcuchy

lekkie mają dwie takie pętle, łańcuchy ciężkie gamma i alfa -

cztery, a mi, epsilon i delta - pięć. Każdy region warunkuje jedną

z funkcji biologicznych przeciwciała. Regiony w obrębie VL (część

zmienna łańcucha lekkiego) i Vc (część zmienna łańcucha ciężkiego)

tworzą miejsca wiązania deterxninant antygenowych. Regiony CHs i CL

mają prawdopodobnie działanie stabilizujące, regiony CH# i CHs

odpowiedzialne są za wiązanie dopełniacza i zdolność przyłączania

do receptorów komórki. Cząsteczka immunoglobuliny jest rozbijana

przez enzymy proteolityczne na fragmenty o różnych właściwaściach

biologicznych. Pod wpływem papainy cząsteczka ulega rozbiciu na 3

fragmenty. Dwa z nich nazywają się wiążącymi antygen, czyli Fab

(fragment antigen binding), mają one masę cząsteczkową 45000.

Trzecim jest fragment Fc, ulegający krystalizacji (fragment

crystalizable) o masie cząsteczkowej 55 000. Immunoglobuliny klasy

IgG, IgD i IgE są cząsteczkami monomerycznymi. Cząsteczka IgM jest

pentamerem. Struktura polimeryczna IgM tworzy się przez wiązania

dwusiarczkowe i polipeptyd łączący J. IgA występuje w dwóch

zasadniczych formach molekularnych. W surowicy krwi występuje w

formie monomerycznej, natomiast w płynach sekrecyjnych w formie

dimeru. Dwie cząstki IgA są wiązane przez polipeptyd łączący J i

tzw. cząstkę sekrecyjną, charakterystyczną dla IgA.

DEłERMINANłY ANłYGENOWE IMMUNOGLOBULIN

Cząsteczka immunoglobuliny jest białkiem, w związku z tym ma ona

wiele determinant antygenowych. W zależności od ich charakteru

wyróżnia się determinanty izotypowe, allotypowe i idioty#owe (tab.

42). Izotypia. Wszystkie łańcuchy ciężkie oraz łańcuchy lekkie

zawierają wspólne determinanty antygenowe obecne u wszystkich

osobników danego gatunku. Określane są one mianem determinat

izotypowych. Surowica królicza skier4- wana przeciwko determinancie

izotypowej łańcucha ciężkiego będzie swoiście rozpoznawała

cząsteczki IgG obecne u wszystkich ludzi. Allotypia. Determinanty

antygenowe w obrębie łańcuchów ciężkich lub lekkich, które znajdują

się tylko u części populacji danego g#atunku, nazywa się

allotypowymi. Na przykład łańcuch kappa z leucyną w pozycji 191 ma

determinantę allotypową InV2, a łańcuch ten z waliną w tej samej

pozycji - determinantę InV3. U człowieka zostało zidentyfikowanych

w obrębie łańcucha gamma ok. 20 allotypowych determinant. Określane

są one mianem znaczników (markerów) Gm i są obecne głównie we

fragmencie Fc. Znaczniki Gm obecne są tylko w cząsteczce

immunoglobuliny klasy IgG. W przeciwieństwie do tego czynnik Km

(określany dawniej jako InV) obecny jest w łańcuchu lekkim kappa

każdej z klas immunoglobulin. Allotyp Am stwierdzony jest tylko w

obrębie subklasy IgA2. Znaczniki allotypowe zostały również

stwierdzone u królikó## i myszy. Podlegają one kontroli genetycznej

przez allele kodominujące. Idiotypia. Idiotypowe determinanty

antygenowe powstają w wyniku szczególnej konfiguracji aminokwasów

tworzących miejsca wiązania antygenów i zlokalizowane są w części

hiperzmiennej. Determinanty idiotypowe stwierdza się również na

powierzchni limfocytów B i T - jako część receptora dla antygenu,

jak również na produktach wydzielanych przez te komórki.

192

ł a b e 1 a 42. ZmicnnośE e#- obrębic immunoglobutin

VH/VL CHICL

_I I Idiotyp Izotyp Izotyp

I I Hiperzmien- Allotyp nośE #wiązanie

antygenu)

łyp m en- ftozpowszechnienie Odmiana Lokalizacja Przykłady

Izotypia Wszystkie odmiany Klasy Cx IgM,IgE

obecne w surowicy Subklasy Cx IgAl,IgA2 u normalnych Typy CL

osobników. Podtypy CL

Podgrupy Vx/VL

Allotypia Alternatywne ior- Allotypy głównie Gm grupy (czło-my:

genetycznie Cx/CL wiek) b4,b5,b6, uwarunkowane, czasami b9(królicze

łań-nieobecne u wszy- VH/VL cuchy lekkie) stkich osobników.

Idiotypia Specyficzne dla Idiotypy obszar Prawdopodobnie każdej

cząsteczki zmienny jeden lub więcej immunoglobuliny. hiperzmiennych

obszarbw tworzą- cych miejsce wią- zania antygenu

Według Roitta, 1978.

Wykry„e swoistości idiotypowej i reakcji kizyżowych, w których

biorą udział idiotypy, dało Jernemu podstawę do zaproponowania

teorii sieciowej regulacji odpowiedzi immunologicznej, a następnie

modyfikacji tej teorii przez innych badaczy.

GENY ODPOWIEDZIALNE ZA SYNłEZĘ PRZ#CIWCIA#

W organizmie ludzkim, podobnie jak zwierzęcym, mogą być

syntetyzowane przeciwciała przeciwko nieżliezonej liczbie

antygenów. Każde przeciwciało ma odrębną swoistość, a więc budowę.

Z wszystkich teorii tłumaczącyeh, w jaki sposób dochodzi do tak

dużej zmienności w obrębie przeciwciała, najpopularniejsze były,

ale obecnie mają już tylko znaczenie historyczne, teorie

instruktażowa i selekcji klonalnej. Według teorii instruktażowej

podstawowe znaczenie w ukształtowaniu cząsteczki immunoglobuliny

miał mieć antygen, który spełniałby rolę matrycy. Cząsteczka

immunoglobuliny po zetknięciu się z antygenem przybierałaby

określony kształt. Teoria ta upadła wtedy, gdy okazało się, że

specyficzność prze„wciała nie zależy od konfiguracji białka, ale od

sekwencji aminokwasów.

13 - Zarys genety# 193

01 #012# rł 1 # H 4 _ # #NA' :in# '3 L V1L V2 L V3 J 1 2

zarodkowej ge#y CH

L V1 L V202 3 4 #`#A limfocyta B funkcjonalny gen VD J

Ryc. 94. W skład egzonu (VDJ genu) zlokalizowanego w loci łańcucha

ciężkiego wchodzą trzy segmenty które koduje region VH. Gen VDJ

składa się z jednego spcśród kilkuset genów V, jednego spośród

dwunastu segmentów D i jednego z czterech segmentów J. Przykład

ilustruje jedną spośród wielu tysięcy możliwych ;rekombinacji (wg

Roitta i wsp. 1985).

Według teorii selekcji klonalnej organizm miał wytwarzać wszystkie

prze#ciwciała, niezależnie od tego, czy uprzednio był kontakt z

danym antygenem, :czy nie. Przeciwciała te miały występować w

minimalnych ilościach i dopiero po kontakcie z antygenem

następowałoby powstanie kompleksu, który stymulowałby syntezę

specyficznego przeciweiała. Teorię tę rozwinął później Burnet,

który uważał, że synteza specyficznego przeciwciała odbywa się na

poziomie komórkowym. Obecnie przyjmuje się, że olbrzymia zmienność

w zakreśie cząsteczki immunoglobulin uwarunkowana jest

polimorficznym układem genów kodują#cych łańcuehy ciężkie i lekkie.

Strukturalne geny immunoglobulin umiejscowione są w trzech nie

powiązanych ze sobą autosomalnych locż (zwane również

translokonami): dla łań-cucha lekkiego lambda, dla łańcucha

lekkiego kappa i dla łańcucha ciężkiego #(u człowieka leżące

odpowiednio na chromosomie 22 2 i 14). Loeż te określane

-są jako złożone, ponieważ zawierają liczne geny kodujące fragmenty

DNA #(egzony) poprzedzielane nie kodującymi sekwencjami DNA

(introny).

Część zmienna łańcucha lekkiego kodowana jest przez dwa geny: V i

J (joining - łączący), a łańcucha ciężkiego przez trzy geny: V, D

(diversity - różnorodny) i J. Do każdego z genu V przylega gen L

(leader) kodujący odcinek niezbędny w czasie transportu

przeciwciała przez błonę.

Część stałą łańcuchów lekkich koduje gen C kappa albo C lambda, a

łańcu,chów ciężkich geny C dla poszczególnych typów immunoglobulin.

W procesie modyfikacji potranskrypcyjnej dochodzi do uformowania

się fragmentu RNA kodującego jeden łańcuch ciężki, zbudowany z

fragmentów #VDJC, lub lekki, zbudowany z fragmentów VJC. Tak więc

jeden łańcuch ciężki kodowany jest przez jeden spośród kilkuset

genów V, jeden spośród `kilkdziesięciu genów D, jeden spośród

kilku genów J i gen C (ryc. 94). Zmiana w powiązaniu między genami

kodującymi część zmienną a genami #kodującymi część stałą prowadżi

do syntezy przeciwciał o tej samej specyficzności, ale należących

do odmiennych klas i podklas. Zjawisko to, zwane przełączaniem klas

immunoglobulin, polega na zmianie wytwarzanej przez dany klon

komórkowy immunoglobuliny, np. IgM na IgG, bez zmiany

syntetyzowanej części zmiennej łańcucha ciężkiego. Niedojrzałe

limfocyty B wykazujące ekspresję IgM pod wpływem bodźca

antygenowego mogą różnicować śi# do komórek plazmatycznych.

wytwarza#ących i wydzielających przeciwciała w dużych ilościach.

Liczne badania wyka2ały, że limfocyty B w trakcie różnicowania

przełączają, czyli zmien?ają eks

i94

presję częś„ stałej łańcucha ciężkieg# bez zmiany części zmiennej.

Proces przełączania nie obejmuje łańcucha lekkiego, którego

ekspresja pozostaje niezmieniona. Ze względu na niewystępowanie

zmian w częściach zmiennych cząsteczki immunoglobuliny swoistość

antygenowa przeciwciała podczas przełączania klas zostaje

utrzymana. Zjawisko przełączania klas może zależeć od delecji

odcinków DNA zawierających geny #la części stałych łańcuchów

ciężkich, co w rezultacie prowadzi do ekspresji kolejnych genów CH.

Wyłączanie alleliczne w zakresie allotypii. Znaczniki allotypowe

obecne w obrębie cząsteczki immunoglobizlin są determinowane przez

allele kodominujące. Dziedziczenie allotypii podlega prawom Mendla.

Ekspresja allotypii na poziomie komórki podlega zjawisku

określanemu mianem wyłączenia allelicznego (allelić exclusion).

Homozygota ma pewną determinantę allotypową w obrębie wszystkich

cząsteczek immunoglobuliny, np. klasy IgG, natomiast u heterozygoty

ten marker będzie występował tylko na ok. połowie cząsteczek

krążących IgG. Komórki plazmatyczne zdolne są bowiem do syntezy

tylko jednego łańcucha z jednym znacznikiem allotypowym, mimo że

komórka ma dwa geny kodujące dwa różne znaczniki allotypowe. Jeden

z genów pozostaje nieaktywny. Zjawisko wyłączania allelicznego w

przypadku immunoglobulin jest jedynym przykładem tego fenomenu

zachodzącym w zakresie chromosomów auto= somalnych. Zjawisko to

było uprzednio znane jedynie w przypadku cech ko= dowanych genami

w chromosomach płciowych. W komórkach somatycznych potomstwa

żeńskiego jeden z chromosomów X ulega inaktywacji we wczesnym

okresie rozwoju embrionalnego. Ten nieaktywny chromosom może

pochodzić zarówno od matki, jak i ojca. Wydaje się, że zjawisko

wyłączania allelicznego też następuje przypadkowa i utrzymuje się

w całym potomstwie danej komórki. Nie wiadomo, czy wyga= szanie

aktywności poszczególnych genów następuje na poziomie

chromosomalnym, czy też na poziomie selekcji allotypu. Komórki

syntetyzujące przeciw= ciała u osób heterozygotycznych są więc

mozaiką fenotypową. Różnorodność w zakresie części zmiennej

łańcucha immunoglobuliny. Według teorii selekcji klonalnej komórka

jest pobudzona do syntezy przeciwciał przez określony antygen.

Jednakże problem, w jaki sposób zakodowana jest informacja

pozwalająca na syntezę takiej nieograniczonej liczby przeciwciał,

nie jest wyjaśniony. Za spećyficzność przeciwciała odpowiedzialna

jest część zmienna łańcuchów. a zwłaszcza część hiperzmienna.

Wysunięto wiele teorii tłumaczących powstanie niezliczonej liczby

miejsc wiążących antygen. Teoria lin zarodkowej (wielogenowa)

zakłada, że w czasie rozwoju filogenetycznego następowała kolejna

duplikacja genów, która doprowadziła stopniowo do wykształcenia

przeciwciał o takiej budowie, jaką obserwuje się u człowieka.

Jednakże bardzo często nie udaje się wykazać dziedzicznego

przekazywania genów części zmiennej. W ostatnich latach wykazano,

że mutacje somatyczne powstałych po rearanżacji genów

immunoglobulinowych mają ważne znaczenie w dodatkowym zwiększaniu

różnorodności przeeiwciał. Mutacje somatyczne obejmują mutacje

punktowe, konwersje genu lub powstanie nowego genu VH lub VL.

Mutacje somatyczne są charakterystyczne głównie dla wtórnej

odpowiedzi immuno= logicznej. Inną możliwością jest rekombinacja

somatyczna. W części genomu zachodzi intensywna wymiana i

przetasowanie odcinków genów przez rekombinacjęDNA. Obecnie uważa

się, że wszystkie te trzy wyżej wymienione mechanizmy biorą udział

w procesie prowadzącym do różnorodności przeciwciał.

195

.#NłYGENY GI#UPOWE

Pierwsze #rupowe antygeny tkankowe zostały opisane przez

Landsteinera na początku obecnego stulecia. Badania na układami

grupowymi krwinek czerwonych stały śię podstawą do poznania wielu

tkankowych antygenów grupowych znajdujących się nie tylko na

krwinkarh czerwonych, ale i na powierzchni innych koxnórek.

Wszystkie one podlegają kontroli genetycznej i zdolne są do

wywoływania reakcji immunologicznych.

'ł a b e 1 a 43. Układy grupowe krwi u człowieka

Rok odkrycia # Układ # Najczęstsze antygeny lub grupy

1900 ABO AI,Az,B,0

1927 MNss M,N,S,s

1927 0 pl,px

1939 Rh D,C,c,E,e

1945 Lutheran Lua,Lub

1946 Kell K,k

1946 Levis Lea,Leb

1950 Duffy Fy#,Fyb

1951 Kidd Jka,Jkb

1954 Diego Dia,Dib

1956 Cartwright Yta,Ytb

1956 I I,i

1962 Xg

1965 Dombrock Doa,Dob

1965 COltOn COa,COb

#1#edług Mohna, 1979.

-#GRIłpy KRWI

##Człowiek ma wiele ńiezależnych od siebie układów grupowych

krwinek czerwonych. Każdy z tyeh układów zawiera swoiste antygeny

uwarunkowane .albo allelami zajmującymi jedno miejsce genowe albo

całymi zestawami genów zajmujących blisko siebie leżące locż. Z

wszystkich układów grupowych krwi największe znaczenie z punktu

wi;dzenia klinicznego mają układ ABO i Rh. Odgrywają one ważna rolę

w transfuzjologii i są najczęstszą przyczyną zespołów

hemolitycznych. Układ AB0. Wyróżnia się on spośród innych układów

grupowych tym, że przeciwciała przeciw antygenom tego układu

stanowią stały składnik surowicy krwi (izoprzeciwciała). Na

podstawie obecności na błonie krwinek dwóch antygenów (A i B) oraz

po stwierdzeniu w surowicy przeciwciał skierowanych do tych

antygenów zostały wydzielone cztery grupy układu AB0. Układ ABO

dziedziczy się według praw Mendla. Jest on warunkowany genami

allelicznymi. Ten typ dziedżiczenia określany jest mianem allelizmu

ł a b e 1 a 44. Układ grupowy ABO

Genotyp Fenotyp Przeciwciała

00 0 anty-A, anty-B AA, AO A anty-B BB, BO B anty-A AB AB

-iss

wielukrotnego. Geny A i B są daminujące w stosunku do genu 0 i

kodominujące w genotypie AB. Prowadzi to do powstania 6 różnych

genotypów. Częstość występowania poszezególnych grup krwi w różnych

grupach rasowych jest różna. Bud#wa biochemiczna antygenów A i B

jest dośe dobrze pomana. Antygeny te mogą być wyizolowane z krwinek

czerwonych i znajdują się w dwóch frakejach: rozpuszezalnej w

alkoholu i rozpuszezalnej w wodzie. We frakeji rozpuszezalnej w

alkoholu są obecne glikosfingolipidy, a w rozpuszezalnej w wodzie

gl:koproteiny zawierające dużą ilość cukrów. Mimo że cząsteczki

zawarte w obu frakejach mają odmienną burlowę, charakteryzuje je

bardzo zbliżona lub identyezna swoistość antygenowa i są

uwarunkowane tymi samymi allelarni. Specyficzność antygenowa jest

wynikiem obecności cukrów zajmujących najbardziej powierzehowne

części makrocząsteczek. W ślinie zarówno osób grupy 0, jak i osób

grupy A i B znajduje się substancja określana mianem H. Uważa się,

że jest ona prekursorem substaneji A i B. Badania struktury

glikoproteinowych determinant warunkujących specyficznośe

cząsteczek A. B i H doprowadziły do stwierdzenia, że w loeus A B i

H kodowane są specyficzne enzymy pozwalające na przyłączenie reszt

cukrowych. W procesie syntezy substaneji grupowych przedostatnim

etapem syntezy łańcucha węglowodanowego jest przyłączenie L-fukozy

katalizowane przez a-2-I,-fukosyltransferazę. Enzym ten kodowany

jest w locus H. O specyficzności H decyduje L-fukoza. Ostatni etap

przyłączania reszty N-acetylogalaktozaminy lub reszty galaktozy

katalizuje dwie specyficzności transferazy kodowane w locus AB. O

specyficzności antygenu A decyduje N-acetylogalaktozamina, a o

antygenie á-galaktoza. W zależności od mocy antygenu A lub B

wyróżnia się wiele odmian grupy A i B, np. A., A2, An. A,, Am, B#,

Bm. Ciekawym zjawiskiem jest sporadycznie występujący fenotyp

"Bombay". Allelem dla genu H jest rzadko występujący gen h. U osób

homozygotycznych hh nie dochodzi do powstania substaneji

prekursorowej H. W locus h nie jest kodowana a-#-fukozotransferaza

lub też aktywność produktu tego genu jest bardzo mała. Nie dochodzi

więc do przyłączenia L-fukozy i powstania substaneji H. Mimo że

transferazy kodowane w miejscu genowym A lub B mają pelną

aktywność, substaneje grupowe nie mogą być syntetyzowane. Krwinki

czerwone tych osób nie reagują z surowicami wzoreowymi, w ślinie

brak zarówno substaneji H, jak i A lub B. W surowicy natomiast,

poza izoaglutyninami anty-A i anty-B, obecne są również aglutyniny

anty-H zlepiające krwinki grupy 0. Osoby z fenotypem "Bombay"

przekazują właściwy im gen grupowy następnemu pokoleniu, w którym

ujawnia się prawidłowa grupa krwi (wobec rzadkoś„ genu h iśtnieje

duże prawdopodobieństwo, że partner osoby z fenotypem hh będzie

miał gen H w podwójnej dawce). Substaneje grupowe układu ABO obecne

są w minimalnych ilościach we wszystkich tkankach z wyjątkiem

nerwowej. U ok. 80o/a ludzi rasy kaukaskiej w ślinie i innych

płynach ustrojowych, z wyjątkiem płynu mózgowo-rdzeńiowego,

znajduja się substaneje A, B i H. Nazywani są oni wydzielaczami.

Wydzielanie uwarunkowane jest parą genów niezależną od układu AB0.

Gen Se jest dominujący w stosunku do swojego allela se. Osoba

mająca zestaw genów sese nie wydżiela żadnych substaneji grupowych.

Geny A i B odpowiedzialne są za przekształcenia się substaneji H w

substaneje grupowe A czy B. Dlatego też w ślinie osób grupy 0

znajduje się więcej substaneji H niż w ślinie osób A czy B. Układ

fth. Antygenem o największym znaczeniu klinicznym jest antygen D.

W rasie białej 85o/o populacji jest Rh (D) dodatnimi, pozostali nie

mają tego antyganu i nazywani są Rh (D) ujemnymi. Osoby Rh ujemne

nie mają prze

197

eiwciał anty-D, mogą je wytworzyć po immunizacji, np. w wyniku

mylnego przetoczenia krwi lub ciąży (płód Rh dodatni). W układzie

fth znajdują się trzy pary genów allomorficznych C i c, D i d, E i

e sprzężonych ze sobą i zajmującyeh trzy miejsca w jednym

chromosomie. Obecność ich określa 8 kombinacji genowych, a

mianowicie: cde, CDe, cDE, Cde, cdE, cDe, CDE, CdE. Geny te

determinują obecność antygenów, które wykrywa się za pomocą zestawu

surowic odpornościowych. U osób rasy białej najczęściej występują

zestawy genowe cde, cDe i eDE. Pozostałe kombinacje genowe

występują tylko u niespełna 10#/o populacji. Zawartośe antygenu D

na krwinkach czerwonych u poszczególnych ludzi jest różna. Istnieje

pewna współzależność pomiędzy genotypem Rh a nasileniem antygenu D.

Antygen D wyrażony mocniej niż przeciętnie spotyka się na krwinkach

osób o genotypie cDe/cDE, antygen D o przeciętnej mocy występuje u

ludzi o genotypie cDE/cde i CDe/cde. Podobnie jak w układzie AB0,

istnieje wiele odmian antygenów D, C i E.

šKŁAD ZGODNOŚCI TKANKOWEJ

Po raz pierwszy główny układ zgodności tkankowej (major

histocompatibility complex - MHC) został zidentyfikowany na

powierzchni leukocytów krwi obwodowej u człowieka. Stąd też układ

ten u człowieka powszechnie nazywany jest HLA, od angielskich słów

human leukocyte antigens (ludzkie antygeny leukocytarne). Badania

nad tym układem rozpoczęto w początkach lat pięćdziesiątych, kiedy

to stwierdzono u osób, które były poddawane wielokrotnym

przetaczaniom krwi, obecność przeciwciał przeciwleukocytarnych. W

tym czasie największe zainteresowanie układ ten budził wśród

transplantologów. Stwierdzono, że czas utrzymania się

przeszczepionego narządu jest znacznie dłuższy, jeżeli narząd ten

pochodzi od rodzeństwa identycznego pod względem układu HLA, niż

jeżeli pochodzi od przypadkowo dobranego dawcy. Wkrótce okazało

się, że układ HLA ma znaczenie nie tylko dla transplantologii, ale

również dla procesu immunoregulacji. Ta ważna rola locż układu

zgodności tkankowej w procesie immunoregulacji została potem

wielokrotnie potwierdzona zarówno na modelach zwierzęcych, jak i u

ludzi. Wiele podstawowych badań dotyczących struktury i funkcji MHC

było przeprowadzonych na wsobnych szczepach zwierząt. Układ ten u

zwierząt, a zwłaszcza u myszy, jest pod wieloma względami podobny

do układu u ludzi, tak że badania doświadczalne mogły stać się

podstaw# do poznania tego systemu.

Genetyczne podstawy układu HLA

Geny kodujace układ HLA znajdują się na krotkim ramieniu chromosomu

6 i zajmują odcinek długości ok. 3 cM (centimorganów). Układ HLA (i

jego odpowiedniki u zwierząt), idiotypowe determinanty

immunoglobulin oraz geny kodujące łańcuch receptora dla antygenu

komórek T stanowią najbardziej polimorficzne systemy genetyczne.

Układ MHC jest podzielony na regiony A, B, C i D, które zawierają

odmienne locż HLA-A, HLA-B, HLA-C, HLA-D. Antygeny A, B i C są to

tzw. antygeny transplantacyjne, należące do klasy I antygenów MHC,

a genetyczne produkty tych locż są dziedziczone jakc cechy

autosomalne dominujące. Ciągle poznawane są nowe allele kodujące

układ HLA. Obecnie w loc# HLA-A i HLA-B znajduje się 70 dobrze

zdefiniowanych specyficznych alleli, a w locż HLA-C osiem. Oprócz

tego istnieje wiele specyficznych antygenów

198

c:hrcmo5cm 6

ńomp,eks IJLA

C4,#C2 B ':#5#' 1#

; ; (..,'t ##:,

SB#< 58# DC<< DC#j C4F C4 #Ć =

I 1

DR< DR, C 2 Bt I

I < ii

#00###

b;atka /pcfipeptydy

Ryc. 95. Geny układu HLA u człowieka. Geny układu HLA zlokalizowane

są na 6 chromosomie. W regionie B, C i A zakodowane są cząsteczki

antygenów klasy I układu MHC, w regionie D zakodowane są łańcuchy

L i B białek klasy II SB, DC i DR (mają odpowiednio specyficzności

DP, DQ i DR). W obszarze pomiędzy D i B zakodowane są składniki C9

i Cz dopełniacza oraz czynnik Bf (wg Roitta i wsp. I585).

niezupełnie zdefiniowanych, przy których w klasyfikacji

międzynarodowej dodaje się literę "w". W miarę doskonalenia metod

identyfikacji okazuje się, że niektńre allele, uprzednio uważane za

pojedyncze, zawierają 2, a ezasem więcej alleli. W regionie HLA-D

wyodrębniono trzy główne, dobrze określone serie produktów które

oznaczono symbolami HLA-DR, HLA-DQ (dawna seria MB) i HLA-DP (dawna

seria SB). Określone są one jako antygeny zgodności tkankowej I1

klasy. Serie HLA-DR i HLA-DQ oznaczone są przeważnie za pomoeą

metod serologicznych, natomiast produkty serii HLA-DP wykrywane są

dotychczas jedynie za pomocą testu pobudzonych limfocytów (PLł).

Niektórzy uważa#ą, że DR, DQ i DP są różnymi, ale bardzo blisko

siebie leżącymi locż. Nie można jednak wykluczyć, że metodą

serologiczną i w teście pobudzonych limfocytów wykrywa się jedynie

inne determinanty tego samego produktu tego samego genu. W obrębie

MHC mapują się również geny warunkujące hemochromatozę samoistną i

niedobór 21-hydroksylazy (powodują#y wrodzflny przerost nadnerczy).

W obrębie MHC znajdują się również locż, któr# k#ntrolują syntezę

czynnika C2 i C4 dopetniacza, określane także jako układ MHC klasy

III oraz czynnika B properydyny (Bf). Zaburzenia równowagi

spowodowane s#rzężeniem (linkage disequilibrium). Zgodnie z prawem

Hardy'ego i Weinberga, w dużej populacji, podlegającej kojarzeniu

przypadkowemu. rozpowszechnienie poszczególnych genów

determinujących daną cechę powinno z czasem stać się równomierne i

nie ulegać zmianie. Ten stan równowagi nie ulega zachwianiu tak

długo, jak dlugo nie zaistnieje jakiś proces dodatkowy, który

prowadzi do selekcji. Prawdopodobieństwo wspólnego występowania

genów znajdujących się w tym samym chromosomie może być

teoretycznie wyliczone na podstawie znanej częstości występowania

genów. I tak np. częstość genu Al jest 0,16, a B8 0,10. Haplotyp

AlBB powinien znajdować się u 1,6a/o całej populacji (0,16 X 0,10).

Jednakże w populacji rasv białej częstość haplotypu AlBB wynosi

7,8#o, to jest 4,5 razy częściej, niż wynikało z teoretycznych

wyliczeń. Występowanie haplo

199

typów genowych znacznie częściej, niż wynikałoby to z tenretycznyeh

wyliczeń, określa śię mianem odchylenia od równowagi na skutek

sprzężenia. Oznacza się je jako 0, gdzie 0 = obserwowana częstość

danego haplotypu minus teoretyczna częstość danego haplotypu.

Odchylenie od równowagi na skutek sprzężenia jest bardzo częste w

układzie HLA. Nie jest do tej pory jasne, dlaczego właśnie w

układzie HLA zjawisko to występuje tak często. Niektórzy uważają,

że jest to wynikiem migracji ludności. Do jednej populacji przybywa

inna populacja, która zaburza stan równowagi. Inni uważają, że jest

to wynikiem selekcji naturalnej. Niektóre układy genowe stwarzają

pozytywne, irme negatywne cechy, które rzutują na przetrwanie.

Struktura biochemiczna układu HLA

Produkty genów układu HLA znajdują się na powierzchni niemal

#vszystkich komórek (z wyjątkiem HLA-D). Struktura biochemiczna

antygenów HLA-A, B i C jest zbliżona, natomiast HLA-D odmienna od

pozostałych. Antygeny HLA-A, B i C są glikoproteinami.

Cigżki Heta - Z - ta5cuch mikrogl

000) l12.000l

tańcuch alfa # Beta ( 33 000 d I I 28. 000 d 1

CHO

CHO S

CHO

Y ĆHO

Ryc. 86. Schemat przedstawiający strukturę cząsteczki antygenu a)

HLA-A, B i C oraz b) Btona kombricbwa HLA-D (wg Rodeya a C#-# b

isei).

Cząsteczki antygenów zgodności tkankowej I klasy zbudowane są z

dwóch ł#ńcuchów polipeptydowych. Łańcuch ciężki przechodzi przez

błonę komórkovrą. Jego zewnętrzna część zawiera trzy domeny (at,

a7, a ) uformowane przez wiązania dwusiarczkowe. Lekki łańcuch B#-

mikroglobuliny kodowany na chromosomie 15 jest niekowalencyjnie

związany z łańcuchem ciężkim. Sekwencja aminokwasów w obrębie

cząsteczek A, B i C jest w 80 - 85o/o identyczna. W domenach u# i

az (leżących najbardziej zewnętrznie) homologia sekwencji

aminokwasów wynosi poniżej 50o/o i jest to obszar, który decyduje

o allogenicznym polimorfizmie. Cząsteczki klasy II MHC zawierają

dwa niekowalencyjnie związane łańeuchy polipeptydowe a i á. Każdy

z nich ma dwie domeny uformowane przez wiązania dwusiarczkowe.

200

Funkcja układu IfLA

Funkcja układu HLA i jego produktów na powierzchni komórek jest

przedmiotem bardzo intensywnych badań. Decydującym momentem w

poznawaniu roli tego układu w procesie immunoregulacji było

stwierdzenie, że do aktywacji komórek immunokompetentnych przez

obcy antygen potrzebny jest nie tylko syg'nał pochodzący od tego

antygenu, ale też sygnał pochodzący od własnego antygenu obecnego

na powierzchni komórki prezentującej obcy antygen. Większość

własnych antygenów jest właśnie zakodowana w układzie HLA.

Rozpoznanie antygenu #bcego w stosunku do antygenów HLA-A, B „ C

prowadzi do aktywacji komórek cytotoksycznych i supresorowych.

Cytotoksyczne komórki T gospodarza mogą zabijae własne komórki

zakażone wirusem i komórki mające obce powierzchniowe antygeny

(komórki przeszczepu). Aby komórki cytotoksyczne przejawiały swe

działanie, konieczna jest obecność na komórce docelowej (zakażonej

wirusem, przeszczepie) co najmniej jednego allelu należącego do

układu HLA-A lub B wspólnego z gospodarzem. Geny i produkty

determinujące układ HLA-D mają bardziej złożone zadanie w procesie

immunoregulaeji. Antygeny powierzchniowe należące do tego układu są

antygenami bardzo silnymi. Pośredniczą one w reakcjach pomiędzy

komórkami T i B, pomiędzy makrofagami a komórkami T i -

prawdopodobnie - pomiędzy makrofagami a komórkami B. Na modelach

doświadczalnych u myszy wykazano, że antygeny, które odpowiadają

ludzkim HLA-D, odgrywają podstawową rolę w rozwoju i funkcjonowaniu

komórek T pomocniczych (ł helper - Tn). Antygeny klasy II występują

na komórkach prezentujących antygen (najczęściej makrofagi) i

umożliwiają rozpoznanie antygenu przez limfocyty T pomocnicze. U

myszy w obrębie układu MHC, w części odpowiadającej ludzkiemu HLA-

D, zlokalizowano geny, które nazwano genami odpowiedzi

immunologicznej. U myszy są one w regionie I układu H-2. Geny

odpowiedzi immunologicznej regulują wielkość i charakter reakcji.

Immunizacja różnych szczepów myszy czy świnek morskich prostymi

syntetycznymi związkami lub małymi dawkami złożonych antygenów

białkowych - pozwoliła na wyodrębnienie szczepów, u których

odpowiedź immunologiczna była bardzo silna, i szczepów, u których

była bardzo slaba. Analiza segregacyjna wykazała, że silna

odpowiedź immunologiczna dziedziczy się jako cecha dominująca.

Wydaje się, że geny Ir (geny odpowiedzi immunologicznej

kontrolujące wielkość reakcji) oraz geny Is (I supressor,

kontrolujące zahamowanie reakcji) sprawują główną kontrolę nad

limfocytami T, a te dopiero nad komórkami B poprzez komórki Th i

TS). Geny biorące udział w procesach immunoregulacji obecne są

również u ludzi i przypuszcza się. że są one zlokalizowane w

obrębie części D układu HLA. #

Rola u#ładu HLA w patogenezie chorńb

W ok. 40 różnych chorobach stwierdzono skojarzenie pomiędzy nimi a

występowaniem niektórych antygenów należących do układu HLA.

Najbardziej jaskrawym przykładem tego zjawiska jest większa

częstość występowania antygenu HLA-B27 w niektórych chorobach

reumatycznych, a zwłaszcza w zesztywniającym zapaleniu stawów

(spondylitis atzkylopoet#ica). Choroba ta często występuje

rodzinńie. Antygen B27 stwierdzony jest u 7o/o ludności

europejskiej, a wśród chorych ze zesztywniającym zapaleniem stawów

występuje w 80 - 90o/o. Gdy oblicza się względne ryzyko choroby,

okazuje się,

201

że wśród osób z antygenem B27 jest ono 87 razy większe niż w

populacji ogólnej. Również u chorych z zapaleniem jagodówki,

zespołem Reitera, odczynowym zapaleniem stawów częstość

występowania antygenLi B27 jest większa. Postać jedno- lub

kilkustawowa typ I młodzieńczego reumatoidalnego zapalenia stawów

(częściej występuje u dziewcząt) wykazuje asocjację z HLA-DR5, DRw6

i DRwB, podczas gdy typ II (częściej występuje u chłopców) kojarzy

się z HLA-B27. Szczególna forma młodzieńczego reumatoidalnego

zapalenia stawów z zapaleniem tęczówki jest skojarzona z antygenem

DR5. Podobnie antygen B27 występuje często u osób z formą ośrodkową

zapalenia stawów z łuszczycą, a antygen Bw38 jest skojarzony z

formą ośrodkową i obwodową tej choroby. Natomiast u chorych ze

zwyrodniejącym zapaleniem stawów lub dną nie wykazuje się żadnych

skojarzeń. Występowanie hemachromatozy samoistnej jest bardzo

ściśle skojarzone z antygenem HLA-A3. Większość innych chorób jest

skojarzona z antygenem układu HLA-D. Na przykład choroba trzewna

cechuje się częstym występowaniem antygenu DR3 (ryzyko względne =

21). Antygen występuje wśród 64 - 96o/o chorych, a w populacji

ogólnej u 22 - 27o/o. Cukrzyca młodzieńcza insulinozależna (typ I)

często występuje u osób z antygenem DR4 i DR3 i jest ujemnie

sprzężona z antygenem DR2. Cukrzyca rozwijająca się u osób

dorosłych nie jest sprzężona z układem HLA. Rzadki allel Bf jest

stwierdzany u 17 - 25o/o przypadków cukrzycy młodzieńczej.

Nadczynność tarczycy w Stanach Zjednoczonych jest skojarzona z

antygenem B8, Dw3, a w populacji japońskiej z Bw35. Czasami układ

HLA jest skojarzony tylko z jakąś podgrupą chorych z danym

zespołem. Tak np. 7n.yasthenża gravżs bez grasiczaka jest silnie

skojarzona z antygenami B8 i DR3, a stwardnienie rozsiane o

przebiegu ostrym z DR2. Mechanizm występowania skojarzeń pomiędzy

chorobami a układem HLA nie jest jasny. Można dopatrzyć się kilku

cech, które są wspólne dla tych chorób. Większość chorób

skojarzonych z układem HLA ma pewne lub prawdopodobne podłoże

autoimmunologiczne. Do chorób, w których patogenezie proces

autoimmunologiczny odgrywa pewną rolę, zaliczamy 7n,yasthetzża

gravżs, toczeń rumieniowaty uogólniony i tyreotoksykozę. Chorobami,

które mają bardzo prawdopodobne tło autoimmunologiczne, są:

cukrzyca młodzieńcza, przewlekłe aktywne zapalenie wątroby,

reumatoidalne zapalenie stawów, choroba trzewna, zespół Sj”rgena,

choroba Addisona o niegruźliczej etiolog. Następną cechą wspólną

jest to, że choroba rozwija się tylko u małej grupy osób noszących

dany antygen HLA. Trzecią wspólną cechą jest to, że nie wszyscy

pacjenci chorujący na chorobę mają ten charakterystyczny antygen.

Wśród różnych teorii tłumaczących powiązanie chorób z układem HLA

najczęściej rozważane są następujące możliwości: 1. Struktura

układu HLA (MHC) może być identyczna lub bardzo zbliżona do

struktury antygenu (antygenów) czynnika infekcyjnego (wirusa).

Dopóki zachowana jest tolerancja na własne antygeny, czynnik ten

jest eliminowany przez mechanizmy immunologiczne. 2. Niektóre

antygeny # układu HLA mogą reagować krzyżowo z przeciwciałami

skierowanymi przeciw antygenom wirusowym czy bakteryjnym. Powoduje

to dołączenie się reakcji autoimmunologicznej do istniejącej już

choroby. 3. Antygeny układu HLA mogą stanowić miejsce wiązania lub

receptor dla mikroorganizmów lub ich antygenáw i w ten sposób

doprowadzać do destrukcji tkanki w wyniku działania mechanizmáw

immunologicznych.

202

4. Geny odpowiedzi immunologicznej kodowane przez locus (loci) w

bliskim sąsiedztwie regionu D mogą podlegać mutacjom. Prowadzić to

może do zaburzeń w czynności komórek regulujących odpowiedź

immunologiczną, s tym samym do procesu autoimmunizacji. 5. W

obrębie układu HLA znajdują się geny odpowiedzialne za syntezę

składników dopełniacza. Defekt w obrębie tych genów może prowadzić

do powstania choroby autoimmunologicznej. 6. W bliskim sąsiedztwie

genów układu MHC mogą znajdować się geny, których produkty nie są

związane z reakcją immunologiczną, ale które są odpowiedzialne za

powstanie niektórych chorób. Powiązanie pomiędzy specyficznym

fenotypem HLA i chorobą w takim przypadku może być wynikiem

odchylenia od równowagi na skutek sprzężenia. W przypadku choroby

Gravesa i Basedowa stwierdza sit skojarzenia nie tylko z antygenami

układu HLA, ale także z genami determinującymi budowę allotypową

immunoglobulin. Przy tym szczególnym powiązaniu danego antygenu HLA

z allotypią immunoglobuliny zachorowalność na chorobę Gravesa i

Basedowa jest znaeznie większa, niż gdy rozpatruje się tylko układ

HLA. Określenie antygenów HLA, allotypii immunoglobulin łącznie z

innymi genetycznymi znacznikami i czynnikami środowiskowymi może w

przyszłości pozwolie na bardzo dokładne określenie ryzyka choroby

i mieć zastosowanie w poradnictwie genetycznym.

GENY KODUJA#CE ftECEPłOR DLA ANłYGENU NA LIMFOCYłACH T

W rozpoznawaniu antygenu przez komórki T pośredniczy receptor o

specyficzności dla danego antygenu (łcR lub Ti). TcR zbudowany jest

z dwóch łańcuchów polipeptydowych a i á. Cząsteczki a i á TcR mają

zbliżoną sekw- #ncję aminokwasową i są strukturalnie podobne do

łańcuchów lekkich i ciężkich immunoglobuliny. Łańcuch á TcR zawiera

4 oddzielnie kodowane regiony V, D, J i C, a łańcuch a przynajmniej

trzy regiony V, J i C. Geny kodujące łańcuchy a i á mają podobną

organizację jak geny kodują#e lekkie i ciężkie łańcuchy

immunoglobulin. Rodzina genów kodujących łańcuch á znajduje się na

chromosomie 7, a rodzina genów dla łańcucha a znajduje się na

chromosomie 14. W czasie dojrzewania limfocytów T dochodzi do

rearanżacji genów, czego następstwem jest synteza kompletnej

cząstki TcR.

PODSUMOWANIE

Reakcje humoralne i komórkowe stanowią podstawowe rodzaje

odpowiedzi immunologicznej. Te dwa typy odczynowości

immunologicznej są ze sobą ściśle powiązane, ale podlegają kontroli

genetycznej regulowanej przez trzy odrębne układy genowe: 1) geny

strukturalne, warunkujące syntezę łańcuchów immunoglobulin, 2) geny

wchodzące w skład głównego układu żgodności tkankowej (MHC), 3)

geny kodujące receptor dla antygenu na limfocytach T (łcR). Synteza

łańcuchów immunoglobulin regulowana jest przez 3 rodziny genów: 1)

geny syntetyzujące łańcuchy lekkie lambda, 2) łańcuchy lekkie kappa

i 3) łańcuchy ciężkie. Geny odpowiedzialne za syntezę części stałej

i części zmiennej (warunkującej swoistość przeciwciała) są

odmienne. Różne powią

203

zania pomiędzy tymi układami genów prowadzą do olbrzymiego

polimorfizmu cząstećzek immunoglobulin. Geny układu MHC (u

człowieka układ HLA) kontrolują ekspresję antygenów tkankowych na

powierzchni komórek i procesy immunoregulacji. Geny i produkty

regionów A, B i C układu HLA grają główną rolę w zjawisku

odrzucania przeszczepu, podczas gdy region D bierze również udział

w procesie immunoregulacji. W obszarze tym zlokalizowane są geny

odpowiedzi immunologicznej, które warunkują wielkość i charakter

reakcji immunologianej. Rożpoznawanie antygenu przez komórki T

odbywa się przy wspóludziale receptora specyficznego dla danego

antygenu. Geny kodujące łańcuch a i (i tego receptora mają podobną

organizację jak ge#ny kodujące łańcuchy lekkie i ciężkie

immunoglobulin. XIII. Farmakogenet#ka i ekogenet#k#

Ign,acy Wald

PODSłAWOWE POJ#CIA

Farmakogenetyka jest to dyscyplina z pogranicza genetyki i

farmakologii: Zajmuje się uwarunkowaną genetycznie zmiennością

reakcji na środki farma= kologiczne. Nietypowe reakcje niektórych

osób na środki farmakologiczne, zwłaszcza w przypadkach chorób

dziedzicznych, mano od dość dawna (np: porfiria lub niedobór

dehydrogenazy glukozo-6-fosforanowej). Dopiero jednak od lat

pięćdziesiątych bieżącego stulecia badania nad tymi zagadnieniami

stałyů się oddzielną dyscypliną naukową. Wspomniana zmienność może

dotyczyć zarówno losów leku w organizmi# (farmakokinetyka), jak i

jego działania na organizm (farmakodynamika). Zachowanie się leku

w ustroju jest wielostopniowe i rozkłada się na szereg faz. Mamy

więc do czynienia z wchłanianiem leku, jego dystrybucją,

biotransformacją, interakcją z receptorem, sprzęganiem i

wydzielaniem. Każda z tych przemian sterowana jest przez układy

enzymatyczne, których synteza jest programowana genetycznie.

Zmienność w DNA, kodującym informacje dla enżymów sterujących

poszcze= gólnymi fazami przemiany leku w organizmie, prowadzi do

uwarunkowanej genetycznie zmienności. Około 30o/o białek, m.in.

białek enzymatycznych, wykazuje u człowieka polimorfizm genetyczny,

można więc oczekiwać dużego# odsetka zmienności typu genetycznego

w białkach wpływających na leki. Po= nieważ los leku w organizmie

zależy od różnych procesów sterowanych ge= netycznie, można

oczekiwać, że w wielu przypadkach zmienność parametrów

farmakokinetycznych będzie mieć charakter wieloczynnikowy (ryc.

97). W przypadkach uzależnienia wieloczynnikowego wskaźnikiem roli

czynników genetycznych jest współczynnik odziedzirzalności. Jeżeli

zmienność przemiany leku lub reakcji organizmu na lek zależy

głównie od zmiennoścx w jednym locus genowym, to mówi się o

kontroli jednogenowej. Jeżeli określimy rozkład jakiegoś parametru

farmakologicznego w populacji, np. ustalonego stężenia leku lub

stężenia leku po okresie jego półtrwania, to krzywa o charakterze

jednomodalnym, zbliżona do rozkładu normalnego, przemawia raczej za

wieloczynnikowym uwarunkowaniem tej zmienności. Krzywa dwu- lub

trójmodalna świadczy raczej o kontroli zmiennoścl przez jedno

miejsce genowe. Wielomodalność w tych przypadkach pochodzi stąd, że

inna jest reakcja organizmu homozygot lub zachowanie się leku w ich

organizmie dla jednego genu, a odmienna reakcja u osobników z genem

allelicznym. Może się niekiedy zdarzyć, że rozkład krzywej w

populacji ma charakter jednomodalny, choć zależy od pojedynczego

genu. Dwumodalność

205-

źtyc. 99. Rozklad parametru farmakokinetycznego w populacji w

zależności od typu uwarunkowania genetycznego. Na osi odciętych

parametr farmakokinetyczny lub farmakodynamiczny, na osi rzędnych

liczba osobników: a - krzywa dwumodalna charakterystyczna dla

dziedziczenia jednogenowego z dominacją; b - krzywa trójmodalna

charakterystyczna dla dziedziczenia kodominującego; c - krzywa

jednomodalna mogąca świadczyć o wieloczynnikowym uwarunkowaniu

cechy.

występuje dopiero wówczas, gdy oddzielnie analizuje się wyniki w

poszcze.gólnych rodzinach. Ekogenetyka jest dyscypliną w jakimś

sensie pochodną farmakogenetyki: termin ten powstał w 1971 r.

Obejmuje ona badania nad uwarunkowaną genetycznie zmiennością

reakcji organizmu na różne czynniki środowiska zewnętrznego. Mogą

to być więc substancje znajdujące się we wdychanym powietrzu, w

wodzie, w pokarmach itd.

WARIANłY JEDNOGENOWE I WIELOCZYNNIKOWE

Defekt dehydrogenazy glukozo-6-fosforanowej. Jest to cecha

sprzężona z chromosomem X, przy której nieprawidłowe działanie

dehydrogenazy glukozo-6--fosforanowej prowadzi do nieprawidłowych

reakcji na leki. Stosowanie wielu leków powoduje niedokrwistość

hemolityczną. Należą do nich m.in. sulfonamidy i środki

ehinolinowe. Znamy obecnie wiele wariantowych odmian genu

dehydrogenazy 6-fosforanowej; występują one najczęściej w

populacjach żyjących nad Morzem Śródziemnym, w Afryce i w Azji.

Przypuszcza się, że częstość genów patologicznych podtrzymywana

była w #opulacjach na skutek zrównoważonego polimorfizmu wywołanego

większą flpornością heterozygot na malarię tropikalną. W niektórych

postaciach reakeje hemolityczne występują nie tylko po spożyciu

leków, lecz również niektórych pokarmów, np. bobu (fawizm).

Pseudocholinoesteraza. Zmienność w zakresie tego enzymu została

wykryta w badaniach reakcji na środki zwiotczające mięśnie typu

suksametonium. W warunkach prawidłowych działanie środków

zwiotczających pochodnych kwasu bursztynowego jest krótkie i chory

wraca do stanu normalnego. Czaśami jednak długotrwałe zwiotczenie

mięśni prowadzi do bezdechu. Sytuacje takie wymagają specjalnego

postępowania reanimacyjnego. Okazało się, że patologiczna reakcja

na leki wywołana jest nieprawidłowym genem pseuocholinoesterazy.

Normalny gen oznacza się E 1 . Geny nieprawidłowe bywają rozmaite.

Najczęstszy gen Ei Częstość g2nów nieprawidłowych w populacjach

europejskich wynosi ok. 1 na 60, tzn. 1,5o/o. Częstość

homozygotyczności E; wynosi ok. 1 na 3500. Oporność enzymu na

środki zwiotczając# jest zazwyczaj równoległa do jego oporności na

dibukainę. Dlatego na ogół charakteryzuje się enzym odpowiednią

liczbą dibukainową.

206

Acetylacja hydrazydu kwasu izonikotynowego. Unieczynnianie

hydrazydu# przebiega przez acetylację leku. Gen szybkiej acetylacji

leku jest dominują= cy w stosunku do genu acetylacji powolnej. U

osób homozygotycznych od= nośnie do genu acetylacji powolnej (tzn.

powolnyeh unieczynniaczy) jest wię= ksza skłonność do występowania

powikłań pod wpływem hydrazydu lub; środków zbliżonych. U powolnych

unieczynniaczy jest większa częstość występowania drgawek lub

polineuropatii pod wpływem leku. Zmienność w tym zakresie zależy od

enzymu N-acetylotransferazy. Acetylacja dotyczy również i innych

leków, jak hydrala2yna, prokainamid, fenelzyna, niektóre# sulfamidy

i związki diazepinowe. Nie jest jasne, czy enzymy te są identyczne,

czy występuje tu wysoka swoistość enzymu w stosunku do substratu.

Zauważono, że toczeń rumieniowaty uogólniony częściej występuje u

powolnych unieczynniaczy hydralazyny lub prokainamidu. Zespół

hipertemii złośliwej. Zespół ten występuje u niektórych chorych

poddawanych znieczuleniu ogólnemu. Uważa się, że środki do

znieczulania ogólnego, m.in. halotan, u osobników wrażliwych mogą

wywołać ciężką reakcję przejawiającą się bardzo wysoką temperaturą,

zaburzeniami elektrolitowymi, stwarzającą bardzo istotne

niebezpieczeństwo dla życia chorego: Zespół ten, związany

prawdopodobnie z nieprawidłowością w budowie włókien mięśniowych

chorych, przekazuje się jako cecha autosomalna dominująca.

Polimorfizm paraoksonazy* surowiczej. Osoby z dużą aktywnością

paraoksonazy mają większe szanse przeżycia w przypadkach zatruć

parationem, paraoksonem i niektórymi innymi inhibitorami

cholinoesterazy. Zmienność w tym zakresie również zależy od jednego

miejsca genowego. Z innych cech farmakologicznych, których

uwarunkowanie prawdopodobnie zależy od jednego genu, można wymienić

defekt hydroksylazy fenytoiny, defekt hydroksylacji amobarbitalu,

oporność na warfarynę. Z innych zespołów charakteryzujących się

jednoczynnikowo uwarunkowaną zmiennością należy wymienić akatalazję

oraz skłonność do powstawania methemoglobinem pod wpływem

acetofenetydyny.

ł a b e 1 a 45. Odziedziczalność niektórych parametrów

farmakokinetyeznych

OdziedziLek/środek Badan arametr czalność

Fenazon

Fenylbutazon Dikumarol

Etanol

Fenytoina

Lit, po dawce 300 mg co 12 godzin

Salicylan sodu

40 mg/kg dożylnie

Kwas acetylosalicylowy 65 mg/kg doustnie

okres pbłtrwania w osoczu 0,99

okres pbłtrwania w osoczu 0,98

prędkośE znikania z osocza przy dawce 0,98

1ml na 1kg masy ciała

okres półtrwania w surowicy 0,85,

stężenie w osoczu 0,8#

prędkośE znikania z surowicy 0,86

ustalony poziom kwasu salicylowego 0,98

w surowicy

'" Inna nazwa enzymu to arylosulfataza.

207

Ób#awy pozapiramidowe w przebiegu leczenia chloropromazyną.

Istnieje #wiele danych wskazujących na to, że skłonność do

występowania objawów „pozapiramidowych u osób leczonych pochodnymi

fenotiazyny jest uwarunkowana genetycznie. Skłonność ta była

obserwowana również u członków ro:dzin probandów, u których

stwierdzono również samoistne występowanie :zaburzeń

pozapiramidowych. Tryb przekazywania dziedzicznego nie jest jed#nak

u tych osób dokładnie ustalony. Uwarunkowania wieloczynnikowe.

Niektóre parametry farmakokinetyczne #nie wykazują prostego

uwarunkowania genetycznego, badania nad bliźniętami przemawiają za

ich uwarunkowaniem wieloczynnikowym. Tabela 46 #wymienia niektóre

z tych parametrów.

:LEKI A CiiOROBY UWARUNKOWANE GENEłYCZNIE

W wielu chorobach, m.in. chorobach uwarunkowanych genetycznie, może

wy#stępować nietypowa reakcja na leki. Leki mogą m.in. wpływać

zaostrzająco na przebieg choroby.

ł a b e I a 46. Leki wywołujące napad porfir przerywanej Lp. Nazwa

Lp. # Nazwa

1 Barbiturany 13 Hydantoiny

2 Bemegrid 14 Izopropyldipyron

3 Chloramfenikol 15 Metyldopa

4 Chlordiazepoksyd 16 Meprobamat

5 Chlorpropamid 17 Pentazocyna

#6 Diazepam 18 Pochodne sporyszu

? Dichloralfenazon 19 Progestyny

8 Estrogeny 20 Sedormid

9 Fenazon 21 Sukcynimidy

10 Fenobarbital 22 Sulfafenazol

11 Glutetymid 23 Sulfamidy

12 Gryzeofulwina 24 Tolbutamid

Klasycznym przykładem zakieg6 zaburzenia jest porfiria ostra

przerywana - zespół autosomalno-dominujący, zależy od defektu

syntazy porfobilino#enowej. Bardzo wiele leków może wywołać w tej

chorobie eiężki zespół zaburzeń somatycznych, neurologicznych i

psychicznych (tab. 46). Podobnie środki moczopędne z grupy

tiazydowej mogą wywołać zaostrzenie dny. Środki tiazydowe oraz

kortykosteroidy mogą zaostrzać również przebieg cukrzycy. Niektóre

zespoły niewydolności miąższu wątrobowego ulegają pogorszeniu po

spożyciu alkoholu, zastosowaniu barwników do cholecystografii lub

estro#enów. W dysautonomii rodzinnej (chorobie Rileya i Daya)

charakteryzującej się m.in. zaburzeniami aktywności hydroksylazy

dopaminowej* stwierdza się nadwrażliwość na metacholinę. Podobnie

w fenyloketonurii występuje nadmierna reakcja na aminy katecholowe.

P4 ich podaniu następuje wzrost #ciśnienia tętniczego krwi.

* Inna nazwa enzymu to á-monooksygenaza dopaminowa.

208

EKOGENEłYKA

Ekogenetyka zajmuje się uwarunkowaną genetycznie zmiennością

reakcji na różne czynniki środowiska zewnętrznego. Jednym z

najstarszych znanych typów takiej zmienności jest wrażliwość na

smak fenylotiomocznika. Niektóre osoby oceniają tę substancję jako

gonką, dla innych ma smak obojętny. Okazało się, że jest to cecha

uwarunkowana genetycznie, zależna od jednej pary genów, przy czym

cecha wrażliwości jest dominująca w stosunku do niewrażliwości.

Częstość genu T (wrażliwości) w populacjach europejskich wynosi

0,45, częstość t - 0,55. Zauważono, że osoby niewrażliwe na smak

fenylotiomocznika mają większą skłonność do niedoczynności

tarczycy. Innym układem wykazującym żmienność u człowieka jest

układ hydroksylazy węglowodorów aromatycznych. Stężenie tego enzymu

znajduje się pod wpływem czynników genetycznych, chociaż dokładny

tryb uwarunkowania nie jest ustalony. Stwierdzono, że osoby z dużą

aktywnością hydroksylazy węglowodorów aromatycznych mają więksżą

skłonność do występowania odoskrzelowego raka płuc, chodzi tutaj

szczególnie o palaczy z tą cechą. Polimorfizm a-1-antytrypsyny.

Zawartość a-1-antytrypsyny zależy od genów w jednym locus.

Najistotniejszym genem jest gen PiM, częstość tego genu wynosi 0,9.

Cecha PiM i PiS warunkuje dużą aktywność a-1-antytrypsyny, inne

allele powodują zmniejszenie aktywności. Homozygoty, a niekiedy i

heterozygoty dla genu PiZ lub PiS, są narażone na występowania

chorób zapalnych, marskości lub nowotworów wątroby, a w wieku

dojrzałym mają zwiększoną skłonność do występowania zaporowej

choroby płuc, zwłaszcza jeżeli palą lub przebywają w środowisku

zanieczyszczonym. Hipolaktazja. Cukier mleczny spożywany z

pokarmami jest rozkładany w jelicie cienkim przez laktazę'. U

ogromnej większości niemowląt laktaza jest wytwarzana przez kosmki

ścian jelita cienkiego. Po osiągnięciu dojrzałości u części osób

wytwarzanie tego enzymu jest kontynuowane i nie mają one żadnej

trudności z trawieniem mleka słodkiego. U wielu osób jednak

zdolność do wytwarzania laktazy zanika, a nierzadko występuje

nietolerancja na mleko słodkie. Prostym testem na przetrwałą

czynność enzymatyczną jest test tolerancji laktozy. Podaje się w

nim 2 g laktozy na 1 kg masy eiała, nie więcej jednak niż 50 g. U

osób z aktywną laktazą, po podaniu laktozy zwiększa się zawartość

glukozy we krwi. U osób z nietolerancją laktozy wzrost taki nie

następuje. Stwierdza się również zaburzenia jelitowe. Jest wiele

przyczyn wpływających na czynność laktazy, najc2ęściej jednak

zmienność w tym zakresie uwarunkowana jest genetycznie i zależy od

jednego locus. Cecha tolerancji na laktozę jest dominująca w

stosunku do nietolerancji na ten cukier. Częstość genu przetrwałej

laktazy jest różna w różnych populacjach. Jest ona duża w krajach

skandynawskich (Szwecja 0,83, Finlandia 0,58), mała w krajach

śródziemnomorskich (Grecja 0,31), na Bliskim Wschodzie (Liban 0,05)

i na Dalekim Wschodzie (Chiny 0,01). Jest rzeczą interesującą, że

w niektórych populacjach pasterskich w Arabii również stwierdza się

dużą częstość genu przetrwałej lnktazy. Przypuszcza się, że

częstość tego genu ulega ewolucji w zależności od selekcji

zwi#zanej z trybem życia populacji.

' Obecna nazwa enzymu to á-D-galaktozydazn.

1! - Znry# Qenetyk! 209

PODSUMOWANIE

Farmakogenetyka i ekogenetyka zajmują się zmiennością genetyczną w

reagowaniu odpowiednio na leki i inne czynniki środowiska

zewnętrznego. W ostatnich latach wyrbżniono wiele rodzajbw takiej

zmienności, szczególnie ważna klinicznie jest zmienność w zakresie

cholinoesterazy rzekomej, dehydrogenazy glukozo-6-fosforanowej i

innych. Różnice w prędkości unieczynniania niektórych lekbw, m.in.

hydrazydu kwasu izonikotynowego, są uwarunkowane genetyeznie. Ważne

znaczenie kliniczne ma uwarunkowany genetycznie zespół hipertemii

złośliwej występujący u osobników wrażliwych na środki do

znieczulania ogólnego, zwłaszcza halotan. Leki mogą wpływaE na

przebieg niektórych chorób, w szczególności znany jest wpływ leków

jako czynników prowokujących napady porfirii ostrej przerywanej.

Leki mogą wywierać wpływ prowokująey również w cukrzycy i w dnie.

Niektóre parametry farmakokinetyczne uwarunkowane są genetycznie w

sposób wieloczynnikowy. Zmienność genetyczna we wrażliwości na

różnorodne czynniki świata zewnętrznego może mieć ważne znaczenie

biologiczne i kliniczne. Przykładami tego są: defekt a-1-

antytrypsyny, aktywność arylosulfatazy węglowodorbw aromatycznych,

hipolaktazj a. XIV. Poradnictwo genet#czne

Prze#n.ysZa#w Czerski, E#a Maniko#wska-Czerska

Poradnictwo genetyczne jest podstawową metodą profilaktyki chorób

genetycznych. Zarówno ze społecznego, jak i indywidualnego punktu

widzenia, poradnictwo genetyczne ma p#dwójne znaczenie. Z jednej

strony powinno ono prowadzić do zmniejszenia liczby chorych

genetycznie, z drugiej zaś strony umożłiwiać posiadanie zdrowych

dzieci przez genetycznie obciążone rodziny. Należy więc wskazać

możliwe opcje i dopomóc w wykorzystaniu istniejących możliwości,

przede wszystkim w zakresie leczenia, rehabilitacji i prenatalnej

diagnostyki chorób genetycznych. Udziełenie porady wymaga ustalenia

prognozy genetycznej. Polega ona na określeniu prawdopodobieństwa

posiadania zdrowych dzieci (szans pozytywnych), dzieci

przekazujących chorobę i chorych dzieci. Wielkość

prawdopodobieństwa posiadania chorych dzieci jest miarą ryzyka

genetycznego. Ustalenie prognozy genetycznej jest możliwe tyłko

wówczas, gdy rozpoznanie jest szczegółowe, pewne i tok

dziedziczenia choroby jest znany. Stąd działalność poradni

genetycznej obejmuje zazwyczaj weryfikację lub ustalenie

rozpoznania. Bardzo istotnym elementem porady jest informacja o

prognozie co do przebiegu choroby oraz o możliwościach leczenia i

rehabilitacji. Toteż poradnictwo genetyczne wymaga rozległej wiedzy

w zakresie genetyki klinicznej. Jednocześnie niezbędna jest

znajomość zastosowania w genetyce teor prawdopodobieństwa oraz

metod analizy statystycznej i matematycznej. Poradnictwo genetyczne

wymaga więc wysokich kwalifikacji fachowych. Porada może być

skuteczna tyiko wówczas, gdy zostanie w pełni zrozumiana i

zaakceptowana przez pacjentów. Porada powinna im dopomóc w

znalezieniu właściwego ustawienia w trudnej, dramatycznej sytuacji

życiowej. Niewłaściwy sposób udzielenia porady może wyrządzić

poważne szkody psychologiczne, doprowadzić do rozbicia rodziny,

niewłaściwego traktowania poszczególnych jej członków i ciężkich

kryzysów emocjonalnych. C. O. Carter podkreśla, że poradnictwo

genetyczne jest sztuką komunikowania się z ludźmi, wymagającą

szczególnych umiejętności przekazywania informacji. Podstawową

zasadą jest uszanowanie godności osobistej pacjentów, zrozumienie

ich trudnej sytuacji i nienarzucanie swoich osobistych poglądów.

Trudno jest znaleźE pojedynczą osobę mającą wszystkie wymagane

kwalifikacje. Poradnictwo genetyczne wymaga działalności

zespołowej. Obejmuje ona następujące kolejne etapy: 1) weryfikację

lub ustalenie rozpoznania, 2) ustalenie toku dziedziczenia choroby,

3) określenie genotypu pacjenta#,

" Zgodnie z definicjami podanymi w rozdziale X pacjentem jest osoba

zasięgająca porady genetycznej.

211

4) określenie prognozy genetycznej, 5) udzielenie porady, 6) pomoc

w uzyska- niu odpowiedniej opieki, 7) weryfikację skuteczności

porady, wyników opie- ki i w miarę potrzeby udzielanie dodatkowych

porad. Jest to działalność długofalowa i może dotyczyć kilku

pokoleń jednej rodziny. Nie2będna jest więc przejrzysta i

szczegółowa dokumentacja.

WERYFIKACJA LUB USłALENIE ROZPOZNANIA

Rozpoznanie kliniczne jest oparte na cechach fenotypu. Jak to

omówiono w rozdziale I, możliwość wnioskowania na tej podstawie

jest ograniczona i zależy od dokładności metody opisu fenotypu.

Toteż w poradnictwie genetycznym nie można przyjąć rozpoznania bez

znajomości danych, na podstawie których zostało ono ustalone.

Najczęściej proband jest inną osobą niż pacjent, który zazwyczaj ma

prawidłowy fenotyp. Podstawą rozpoznania obciążenia genetycznego i

wnioskowania o genotypie pacjenta są więc w znacznej mierze dane

wywiadu rodzinnego. Muszą one bye zweryfikowane przez uzyskanie

miarodajnej dokumentacji medycznej lub osobiste zbadanie probanda

oraz, w miarę potrzeby i możliwości, innych członków rodziny. Każdy

lekarz, niezależnie od specjalności, musi umieć przygotowywać

odpowiednią dokumentację. Zależy ona od rodzaju choroby i dla

każdej poszczególnej jednostki musi być inna. Można jednak podać

pewne ogólne uwagi co do podstawowych wymogów: 1. Dokumentacja nie

musi być obszerna, musi podawaE tylko istotne dane, uwzględniające

zawsze rozpoznanie (podejrzenie), podstawę rozpoznania i

charakterystykę przebiegu choroby. 2. Rozpoznanie musi być

konkretne i określać jednostkę chorobową. Sformułowanie typu

"opóźnienie rozwoju", "encefalopatia", "wielowadzie" itp. nic nie

mówią, mogą być raczej uważane za przyczynę skierowania w celu

ustalenia rozpoznania. 3. Podstawa rozpoznania może być często

sformułowana lakonicznie, jeżeli do rozpoznania wystarczają wyniki

badań laboratoryjnych, np. oznaczenia biochemiczne lub kariotypu.

Należy zawsze podać dane ilościowc i metodę (np. przy wyniku

kariotypu, jakie metody barwień prążltowych były stosowane). Jeżeli

podstawą do rozpoznania były anomalie struktury i/lub zewnętrzne

cechy budowy, opis musi być bardziej szczegółowy. 2aden opis nie

zastąpi dokumentacji fotograficznej. 4. Charakterystyka przebiegu

choroby powinna podawać wiek, w którym pierwsze objawy choroby

zostały zauważone przez chorego lub jego otoczenie, wiek w chwili

zwrócenia się pn poradę z powodu tych objawów i lakoniczną

charakterystykę przebiegu choroby w okresle obserwacji. 5. Wiele

chorób genetycznych ma fenokopie indukowane czynnikami środowiska,

jak np. niedorozwój umysłowy lub zabunenia neurologiczne związane

z urazami okołoporodowymi albo zespoły wywołane zakażeniem lub

podaniem związków chemicznych w czasie ciąży. Aby orzec istnienie

związku przyczynowego pomiędzy czynnikiem środowiska i chorobą,

należy wykazać, że czynnik ten rzeczywiście występował w

odpowiednim okresie. Stąd pedantyczna i szczegółowa dokumentacja

przebiegu ciąży i porodu jest niezbędna dla późniejszych rozważań

diagnostycznych. Rozpoznanie chorób metabolicznych opiera się na

wykazaniu i określeniu odpowiedniego defektu molekularnego (patrz

rozdział XV - Diagnostyka prenatalna). Niektóre z nich można

bezpośrednio stwierdzić tylko w określonych komórkach, np. wątroby,

w krwinkach czerwonych lub fibroblastach.

212

Rutynowe rozpoznanie choroby metabolicznej rzadko opiera się na

bezpośrednim badaniu defektu molekularnego, znacznie częściej

dokumentowane jest danymi pośrednimi, jak określenie aktywności

enzymów, przesunięcia w zakresie metabolitów lub obecność

nieprawidłowych produktów, zmiany w cechach antygenowych lub

odczynowości immunologicznej, zaburzenia w procesach krzepnięcia

krwi, a nawet w cechach strukturalnych, jak np. obecność krwinek

sierpowatych, sferocytów itp. w hemoglobinopatiach. Tym bardziej

konieczne jest dokładne określenie podstaw rozpoznania. Choroby

metaboliczne mogą wystąpić w różnym wieku. Mogą one ujawnić się od

razu po urodzeniu i doprowadzić do śmierci w pierwszych dniach,

miesiącach lub latach życia. Rzadko kiedy towarzyszą im oczywiste

nieprawidłowości wyglądu zewnętrznego. Podejrzenie choroby

metabolicznej we wczesnym dzieciństwie wynika z różnych objawów.

Pierwszym może być zahamowanie rozwoju psychomotorycznego, utrata

nabytych już umiejętności, trudności w przyjmowaniu pożywienia,

zahamowanie przyrostu masy ciała, wymioty, odwodnienie, kwasica,

zmiany napięcia mięśniowego (hiper- lub hipotonia) i niekiedy

drgawki. Nasilenie objawów może wahać się od drobnych, trudno

uchwytnych, do dramatycznie narastającyeh zaburzeń. Szczegółowa

kontrola stanu dziecka od chwili porodu (określonego według skali

Apgar) i okresowe badania we wczesnym okresie życia mają podstawowe

znaczenie dla wczesnej diagnostyki chorób metabolicznych. Może

pojawić się ciężka hepatosplenomegalia oraz zmiany w

elektroencefalogramie. Choroba może przebiegać szybko i

uniemożliwić szczegółowe rozpoznanie za życia. Dlatego niezbędne

jest pobranie i zamrożenie próbek krwinek, osocza i surowicy krwi

oraz moczu w celu przeprowadzenia odpowiednich badań

biochemicznych. Zależnie od podejrzenia może być wskazane pobranie

wycinka skóry i założenie hodowli fibroblastów in vitro uzyskanie

i zamrożenie materiału z biopsji wątroby oraz pobranie próbek

różnych narządów w czasie sekcji z uwzględnieniem możliwości

potrzeby badań biochemicznych mózgu. Zasadniczymi objawami wcześnie

ujawniających się chorób metabolicznych są: żółtaczka, biegunka,

wymioty, hipoglikemia, kwasica, specyficzny zapach ciała, moczu lub

kału, nieprawidłowości owłosienia, apatia i śpiączka oraz drgawki.

W późniejszym okresie dołączają się zaburzenia wzrostu i proporcji

ciała, może wystąpić mikro- lub makrocefalia. Należy dodać, że

objawy choroby metabolicznej zmieniają się z wiekiem i że w

późniejszym okresie charakteryzują się one głównie niedorozwojem

umysłowym, objawami neurologicznymi i zaburzeniami wzrostu oraz

proporcji ciała. Mając udokumentowane obciażenie rodowodu chorobą

metaboliczną, można na podstawie wymienionych wyżej objawów starać

się zidentyfikowae dotkniętych nią członków rodziny. Wiedząc o

istnieniu tych objawów i nie mając biochemicznego rozpoznania,

lekarz udzielający porady genetycznej jest bezradny. Lekarz

specjalista, mający do czynienia z tego typu objawami (najczęściej

pediatra), powinien wyjaśnić rozpoznanie, doprowadzając do badania

chorego lub zabezpieczenia materiałów w ośrodku dysponującym

odpowiednim zestawem metod biochemicznych. Rozpoznanie aberracji

chromosomalnych może być oparte wyłącznie na oznaczeniu kariotypu.

Miarodajność oznaczenia zależy od wybranej metody i typu badanych

komórek. Odpowiednie dane powinny znaleźć się w opisie wyniku

badania. Wiele aberracji chromosomalnych łączy się z bardzo

charakterystycznym fenotypem (pattz rozdz. IV i V). Jednakże

rozpoznawanie aberracji chromosomalnych wyłącznie na podstawie

cechy fenotypu jest błędem w sztuce. Trisomia 21 (zespół Downa)

może służyć jako przykład. Aber

213

racja ta daje charakterystyczny fenotyp rozpoznawalny na pierwszy

rzut oka, przykład typowej "diagnozy ulicznej". Charakterystyczny

fenotyp jest rozpoznawalny w ciągu pierwszych 7 dni życia.

Spotykaliśmy jednak przypadki kierowane po potwierd#enie

rozpoznania w 3-4, a nawet 6 roku życia. Z naszych doświadczeń

wynika, że w 1976 r. zespół Downa był "naddiagnozowany" w 15#/o.

Błędne rozpoznanie tego typu piętnuje rodzinę i prowadzi do urazów

psychicznych. Wreszcie ok. 4o/o przypadków stanowią trisomie

translokacyjne, w których ryzyko genetyczne jest wyższe niż w

trisomiach regularnych. Obowiązuje zasada, że w przypadku

podejrzenia aberracji chromosomalnych oznaczenie kariotypu jest

niezbędne dla ustalenia rozpoznania i prognozy genetycznej. W

klasycznym ujęciu podejrzenie aberracji autosomalnych nasuwa triada

objawów: niedorozwój umysłowy, nieprawidłowości cech zewnętrznych

głowy i budowy szkieletu, wada serca. W miarę gromadzenia

obserwacji przekonano się, że rozpiętość cech fenotypu w

aberracjach chromosomalnych jest bardzo duża i waha się od

głębokich zaburzeń do normy. Z zasady aberracje aneuploidalne

prowadzące do dużych zmian w ilości materiału genetycznego

(trisomie lub monosomie całych chromosomów lub dużych ich odcinków)

dają głębokie zaburzenia. Nie jest to sztywna reguła, poważną rolę

odgrywa również treść informacyjna chromosomu (odcinka), którego

aberracja dotyczy. Obserwowaliśmy głębokie zaburzenia w częściowych

trisomiach chromosomu 21, w których aberracja dotyczyła bardzo

niewielkiego odcinka. Obserwowaliśmy również pacjentkę

46,XX/47,XX,#-8, z mozaiką w stosunku 1:3, z prawie normalnym

fenotypem. W aberracjach strukturalnych, które dotyczą odcinków

chromosomów zawierających określone locus, można i należy

uzupełniać opis cech anatomicznych odpowiednimi badaniami

biochemicznymi potwierdzającymi występowanie pojedynczej lub

potrójnej dawki genu (patrz rozdział VII - Dziedziczenie

jednogenowe). Należy dodać, że u osób z euploidalnymi aberracjami

chromosomalnymi, jak robertsonowskie i zrównoważone wzajemne

translokacje chromosomów, fenotyp jest prawidłowy. Obserwowano

również osoby z małymi, bliżej nie zidentyfikowanymi chromosomami

znacznikowymi (markerowymi), mające prawidłowy fenotyp. Rozpoznanie

swoistych zespołów związanych z anomaliami budowy anatomicznej jest

trudne. Jeszcze trudniejsze jest uzyskanie dokumentacji

pozwalającej na potwierdzenie lub ustalenie rozpoznania. Tradycyjna

dokumentacja kliniczna i anatomopatologiczna nie uwzględnia opisu

budowy anatomicznej w wystarczającym stopniu. Konieczny jest

szczegółowy opis cech zewnętrznych. Najlepszą dokumentacją są

fotografie. Konieczne są zbliżenia głowy en face i z profilu. Te

ostatnie muszą dobrze uwidoczniać uszy. Niezbędna jest fotografia

całego ciała oraz zbliżenia dłoni i stóp. W przypadku dzieci

zmarłych z wadami wrodzonymi niezbędne jest zdjęcie rtg całego

kośćca oraz wynik badania sekcyjnego z uwzględnieniem głowy. Dane

te powinny być uzupełnione pomiarami antropometrycznymi lub

przynajmniej podstawowymi całego ciała. W opisie cech zewnętrznych

należy szczególną uwagę zwrócić na głowę. Ważna jest

charakterystyka owlosienia i linii zarostu włosów. Niezbędne jest

scharakteryzowanie kształtu czaszki przez odpowiednie pomiary,

minimum stanowi pomiar obwodu głowy. Istotne jest osadzenie uszu i

kształt małżowiny usznej. Ważnymi cechami są kształt i ustawienie

szpary powiekowej, rozstaw oczu i opis rogówki, źrenicy, często

soczewki i dna oka. Znaczenie ma kształt czoła, nasady nosa i

budowa nosa. Dla wielu zespołów charakterystyczny jest kształt ust,

odstęp pomiędzy nosem i ustazni, cechy podniebienia, kształt i

ustawienie żuchwy, uzębienie.

214

Jeżeli nie ma fotografii i cech tych nie uwzględniono w opisie, to

nie windomo, czy były one rozważane, toteż w opisie należy podawać

dane negatywne. Ważne są proporcje ciała, opis budowy tułowia i

kończyn z uwzgIędnieniem charakterystyki palców. W przypadku

urodzenia dziecka z wadami wrodzonymi i ze złym rokowaniem co do

życia opis i fotografie należy sporządzić szybko, fotografie

pośmiertne są zazwyczaj mniej informujące. W wielu przypadkaeh

niezbędnym badaniem różnicowo-rozpoznawczym jest oznaczenie

kariotypu. Należy więc szybko pobrać krew do tego badania lub

wykonać biopsję skóry lub tkanki łącznej bezpośrednio po śmierci.

Czytelne kariotypy można uzyskać z limfocytów śledziony w okresie

12-24 h po śmierci.

USłALENIE TOKU DZIEDZICZENIA CHOROBY

Po spełnieniu wstępnego podstawowego warunku, to jest

zweryfikowaniu i ustaleniu rozpoznania choroby u probanda oraz

uzyskaniu wiarygodnych danych o innych członkach rodziny, można

przystąpić do ustalenia toku dziedziczenia. Ten zaś stanowi

podstawę do wnioskowania o genotypie pacjenta, a następnie

opracowania prognozy genetycznej. We wszystkich trzech etapach

obowiązują te same zasady rozumowania, toteż trzy fragmenty

poświęcone tym etapom należy traktować łącznie. Podział na etapy i

podział tekstu został wprowadzony nieco sztucznie dla celów

dydaktycznych. Zamiarem autorów było podkreślenie konieczności

ścisłego, logicznego myślenia i zdawania sobie sprawy z

miarodajności wniosków. Podstawę rozumowania stanowi informacja

uzyskana z trzech źródeł: 1) ogólne dane empiryczne o rozważanej

chorobie i populacji (dane empiryczne), 2) teoretyczne dane o

prawach dziedziczenia (dane teoretyczne), 3) konkretna informacja

oparta na wynikach badania rozważanej rodziny (dane szczegółowe).

Konfrontacja tych danych pozwala na wysnuwanie logicznych wniosków,

których miarodajność powinna być sprawdzona przez liczbowe

określenie prawdopodobieństwa lub przez empiryczne sprawdzenie. To

ostatnie nie zawsze jest możliwe, gdyż może brakować odpowiednich

metod. Prognoza genetyczna (końcowy wynik rozumowania) dotyczy

zdarzeń, które jeszcze nie nastąpiły, jest bowiem przewidywaniem

możliwe#o genotypu (fenotypu) dziecka przed poczęciem. Prognoza

genetyczna jest więc zawsze probabilistyczna, weryfikacja

empiryczna jest możliwa w przyszłości.

ZASłOSOWANIE TEORII PRAWDOPODOBIEl#łSłWA W PORADNICłWIE GENEłYCZNYM

Zastasowanie teorii prawdopodobieństwa w poradnictwie genetycznym

zostało przedstawione w dużym skróeie i w sposób uproszczony.

Szczegółowe rlane podają Murphy i Chase (1975) w swoim podręczniku.

Zajmując się poradnictwem genetycznym nie trzeba być biegłym

matematykiem i statystykiem, należy jednak zdawać sobie sprawę z

podstaw logicznych i matematycznych wnioskowania, prowadzącego do

ustalenia prognozy genetycznej. Z praktycznego punktu widzenia

obliczanie prawdopodobieństwa do n znaku po przecinku nie ma

znaczenia dla pacjenta, który jest zainteresowany w jakościowym

raczej określeniu ponoszonego ryzyka jako małego, średniego ż

dużego. Liczbowe określenie wielkości prawdopodobieństwa ma

znaczenie teoretyczne i znaczenie dla samokontroli osoby

udzielającej porady. Teoria prawdopodobieństwa zajmuje się dużymi

liczbami zjawisk, których

218

występowanie uwarunkowane jest przypadkowo. Rozwnża się duży zbiór

zjawisk. Poszczególne badane zjawiska można określić jako zdarzenia

elementarne. W rozważanym zbiorze określone zdarzenie jest wynikiem

poszukiwanym, jak np. urodzenie dziecka z trisomią 21 wśród

wszystkich żywych urodzeń, liczba zgonów na zawał serca wśród

wszystkich zgonów itp. Prawdopodobieństwo jest ułamkiem, którego

wartość waha się od zera do jeden. Prawdopodobieństwo 0 oznacza, że

zdarzenie nie występuje. Prawdopodobieństwo 1 oznacza, że zdarzenie

jest pewne. Prawdopodobieństwo

można wyrażać jako ułamek zwykły, np. -, stosunek, np. 1 szansa na

2, 1

ułamek dziesiętny, np. 0,5 lub w procentach, np. 50o/o, albo rzadko

- w promilach. Ustalenie prawdopodobieństwa na podstawie częstości

występowania wymaga empirycznych danych statystycznych. W genetyce

często używa się takich danych. Ustalono na podstawie wielu tysięcy

dzieci, że częstość zespołu Downa wśród noworodków wynosi 1: 640.

Stąd na podstawie rozumowania indukcyjnego można stwierdzić, że dla

danej populacji istnieje prawdopodobieństwo 1 :640 (ryzyko

populacyjne), iż następne urodzone dziecko będzie miało zespół

Downa. Badając dzieci kobiet w poszczególnych grupach wiekowych

stwierdzono, że średnia częstość dzieci z trisomią 21 jest różna.

Odchylenia nd średniej populacyjnej pozwoliły na wykazanie, że

istnieje nieprzypadkowa zależność pomiędzy wiekiem matki w chwili

porodu a zespołem Downa. Wynika stąd, że średnia częstość

występowania zjawiska, a stąd i jego prawdopodobieństwo ustalone

metodą indukcji, zależy od sposobu zebrania danych i ważne jest

tylko w obrębie założeń logicznych i matematycznych danego ukladu

doświadczeń. Sposobami zebrania danych, analizy ich przypadkowości

lub związków przyczynowych zajmuje się statystyka. W poradnictwie

bardzo często korzysta się z takich danych statystycznych, jak

częntość chorób genetycznych, częstość genów w populacji, częstość

mutacj i itp. W analizie genetycznej rodowodów często rozumuje się

a priori. Może istnieć zbiór zdarzeń, w którym liczba możliwych

wyników jest skończona. Klasycznym tego przykladem jest rzut

monetą, który ma dwa możliwe wyniki - orzeł lub reszka. Zakładając,

że oba wyniki są równouprawnione (moneta nie jest zgięta,

sfalszowana w określony sposób), prawdopodobieństwo dla każdego z

nich jest takie samo - -. Otrzymanie jednego z 2 dwóch wyników - to

jest albo reszki, albo orła - równa się jeden i jest zdarzeniem

pewnym. Jeżeli oznaczyć wynik orzeł literą p, a wynik reszkaliter#

q to można zapisać:

p#-q=1 p=1-q p=q= 1 2

Prawdopodobieństwo uzyskania poszczególnych wyników w serii rzutu

oparte jest na rozwinięciu dwumianu p -# q, jak to udowodnił

Bernoulli. Dla dwóch rzutów dwumian należy podnieść do kwadratu:

stąd w omawianym przykładzie prawdopodobieństwo otrzymania dwóch (p

-# q)' = p# -ł- 2pq #- q'

kolejnych rzutów z wynikiem orzeł wynosi 1/4, z wynikiem reszka -

tyle samo, a z wynikiem orzeł w jednym, a reszka w drugim 1/2.

Prawdopodo

Z16

1P #' 1

1 p2 -#- 2 p q,

3 1 p3 -i- 3 Pz q. -i- 3 Pq.2 #' 1 q. 4, 1p4 'ź' 4p3q, T 6p2%z #'

4P%3 + # 1 p5 '# 5 p4 % '# 10 p 3 q,z '# 10 p 2 q,3 '# 5 p %4 "# 1

#L5

Ryc. 98. Trójkąt Pascala. Liczba wyrazów w rozwinięciu dwumianu

wynosi n -#- I. Każdy nowy współczynnik w trbjkącie otrzymuje się

przez dodanie dwóch najbliższych wyrazów w wierszu wyżej, jak to

pokazują strzałki.

bieństwo uzyskania poszczególnych wyników przy serii wielu rzutów

otrzymuje się podnosząc dwumian do odpowiedniej potęgi. Można

posłużyć się w tym celu trójkątem Pascala (ryc. 98). Wzór ogólny

przedstawia się następująco:

m n-m

gdzie :

n - liczba zdarzeń serii,

- prawdopodobieństwo określonego zdarzenia,

q - 1 - p = prawdopodobieństwo alternatywnego zdarzenia, m - liczba

zdarzeń z wynikiem p, ! - oznacza silnię danej łiczby.

Przykład. Zakładając populacyjną częstość zespołu Downa 1 : 640,

jakie jest prawdopodobieństwo, że rodzina mająca 5 dzieci będzie

miała 2 dzieci z tym zespołem na skutek przypadku: p =1/640 q #

639/640 n =5 Tn.=2

(2XlX3X2X1) X640 630 # lOX2,44X10-8X0,997 = 2,43X10#6

Prawdopodobieństwo jest znikome, ok. 2,5 szans na 100000. Toteż

należy szukać przyczyny, którą móglby być nieprawidłowy kariotyp

jednego (obydwojga) rodziców, wiek matki lub działanie czynników

środowiska. Można z danych statystycznych obliczyć odpowiednie

prawdopodobieństwa. W omawianym przypadku łatwo można sprawdzić

empirycznie pierwsz# i drugą możliwość. W odniesieniu do czynników

środowiska pojedyncza rodzina może nasuwać podejrzenia, ale nie

może służyć do wykazania związku przyczynowego. Prawdopodobieństwo

warunkowe dotyczy prawdopodobieństwa zdarzenia, które jest

uzależnione od innego zdarzenia. Inaczej mówiąc, zdarzenie A jest

warunkowane wystąpieniem zdarzenia B. W praktyce lekar2 często

sprawdzg prawdopodobieństwo hipotezy (rozpoznania) posługując się

prawdopodobień:twem warunkowym. Rozumowanie przedstawia tabela 47.

21#

ł a b e 1 a 47. Prawdopodobieństwo wystąpienia i rozpoznania

choroby

1. Prawdopodobieństwo wystąpienia (odpowiada częstości występowania

w populacji)

2. Prawdopodobieństwo wystąpienia objawu C (odpowiada częstości

objawu w przebiegu choroby, tj. prawdopodobieństwu warunkowemu)

3. Łączne prawdopodobieństwo wystąpienia objawu C i choroby

-4. Prawdopodobieństwo rozpoznania

5. Rozpoznanie choroby A jest bardziej prawdopodobne

Choroba A # Choroba B 0,015 0,18 0,37 0,01

0,00555

v,vv#aa # 0,75 0,00555 -#- 0,0018

0,0018

V,VVlV # 0,25

0,00555 -f- 0,0018

Załóżmy, że objaw C występuje w dwóch chorobach A i B. Ze statystyk

znana jest względna częstość występowania obu tych chorób w

populacji. Są to dane empiryczne, które można wykorzystać do

określenia prawdopodobieństwa wystąpienia choroby (punkt 1 tabeli

47). W punkcie 2 zapisujemy prawdopodobieństwa warunkowe uzyskane

z częstości występowania obja#wu C w przebiegu obu chorób. W

punkcie 3 obliczamy prawdopodobieństwo łączne wystąpienia

jednocześnie objawu i choroby, mnożąc wartości zapisańe w punkcie

1 i 2. Aby porównać względne prawdopodobieństwa zakładamy, że

występuje jedna z tych dwóch ehorób, to jest, że rozpoznanie albo

A, .albo B wyczerpuje wszystkie możliwości i jest zdarzeniem

pewnym. W tym celu należy dane znormalizować dzieląc każde z

łącznych prawdopodobieństw przez ich sumę. Podstawę rozumowania

stanowi twierdzenie Bayesa oma-wiane w podręcznikach teor

prawdopodobieństwa lub statystyki. Rozumowanie można uogólnić. Z

danych piśmiennictwa znamy pierwotne prawdopodobieństwo (częstość

występowania) stanu, który założono w hipo#tezie (np. rozpoznaniu).

Poprzez badanie uzyskujemy dane empiryczne (D), których warunkowe

prawdopodobieństwo dla każdej rozważanej hipotezy jest :znane.

Zapisuje się je P (D # H). Wykorzystując szereg takich danych można

uzyskać łączne prawdopodobieństwo, np. współistnienia objawów w

chorobie. Dzieląc poszczególne łączne prawdopodobieństwa przez ich

sumę, którą zapisuje się #'P#(DH#), można porównać

prawdopodobieństwo każdej z hipotez, np. możliwych rozpoznań. Ten

tok rozumowania, przedstawiony w tabeli 48 jest podstawą

komputerowych programów diagnostyki różnicowej. Ten sam tok

rozumowania służy do analizy rodowodów (patrz rozdział XAnaliza

rodowodów). Informacja empiryczna powinna dotyczyć populacji, z

której pochodzi badana rodzina. Często informacja taka jest

niedostępna. Toteż wszystkie po#radnie genetyczne posługują się

danymi przybliżonymi. Potrzebna jest znajomość częstości chorób

genetycznych, genów w populacji i nowych mutacji. #Istotne

znaczenie ma znajomość współczynników zdolności reprodukcyjnej

218

ł a b e 1a 48. Badanie prawdopodobieństwa hipotezy z użyciem

prawdopodobieństw warunkowych

Hipoteża HI . Hn

Frawdopodobieństwo pier- P(H1)P(H2). . . P(Hh)

wotne

#rawdopodobieństwa warun- P (D,# H11 P (D,# H#). . P (D,# Hn) kowe

P (DQ # H1) P (Dy # Hg). . P (Dg # H#) p(D##H1) P(Dn#Hs). .

P(D##Hn)

Prawdopodobieństwo łączne P (DI Ht) P (D # H#) . . P (D # Hn)

Prawdopodobieństwo hipotezy P(DH1) P(D Hzl .. P(DHn)

#,pt(DHj) E;P1(DHt) źipi CDH;)

oraz selekcji za i przeciw gametorn o określonym genotypie. W

przypadku posługiwania się cechami sprzężonymi (znacznikowymi)

trzeba znać ich współ-czynniki rekombinacji. Niezbędne są dane co

do genetycznego ryzyka empirycznego, dotyczącego aberracji

chromosomalnych i chorób wielogenowych. Informaeja teoretyczna

obejmuje podstawowe prawa dziedziczenia i podstawy teorii

prawdopodobieństwa. Znajomość ich jest niezbędna do właściwego

wykorzystania empirycznej i szczegółowej informacji. Informacja

szczegółowa obejmuje dane o fenotypie poszczególnych członków

rodziny. Należy ustalić wzajemne pokrewieństwo probanda i pacjenta.

Następnie należy przeprowadzić analizę możliwości wnioskowania o

geno#ypie tych członków rodziny, których pozycja w rodowodzie

pozwala na wnioskowania o genotypie pacjenta. Wstępna analiza

rodowodu często poawala tylko na określenie, jakie dodatkowe dane

należy zebrać lub jakie badania wykonać.

GENOłYP PACJENłA

Genotyp pacjenta może być określony z dużym prawdopodobieństwem,

graniczącym z pewnością na podstawie cech fenotypu i/albo danych

rodowodu lub badania z użyciem technik rekombinacji DNA. Bardzo

często jednak genotyp może być tylko przyjęty z określonym

prawdopodobieństwem, naj#zęściej na podstawie konfrontacji fenotypu

z prognozą genetyczną ustaloną dla rodziców pacjenta. Ten tok

rozumowania, wykorzystujący rachunek prawdopodobieństwa, zostanie

przedstawiony łącznie z prognozą genetycz#ą. W odniesieniu do

chorób jednogenowych często można ustalić genotyp pacjenta na

podstawie jego fenotypu i danych rodowodu (informacji

szczegółowej), informacji teoretycznej oraz empirycznej z

wystarczającą dla celów praktycznych pewnością. Należy kierować się

następującymi ogólnymi regułami. Osoba, która wykazuje autosomalne

cechy dominujące w fenotypie, ma przynajmniej jeden gen warunkujący

daną cechę i jest przynajmniej heterozygotą pod względem tego genu.

Należy jednak pamiętać o konieczności różnicowania z fenokopią przy

nieobciążonym rodowodzie i ze stanem homozygotyczności przy

dwustronnie obciążonym rodowodzie. Podobne rozumowanie obowiązuje

przy analizie pacjenta lub pacjentki, wykazujących #echy dominujące

sprzężone z chromosomem X. Można przyjąć, że wszyscy synowie

chorego mężczyzny są zdrowi, a wszystkie córki są chore. Potom#stwo

chorych matek wykazuje cechę w połowie przypadków, niezależnie od

pł„. Homozygotyczność u kobiet jest mało prawdopodobna, gdyż dominu

219

jące cechy sprzężone z chromosomem X są zwykle letalne u homozygot.

## to zresztą nadzwyczaj rzadkie przypadki. Choroba recesywna

sprzężona z chromosomem X ujawnia się u mężczyzny. W wielu

przypadkach heterozygotyczność kobiet daje sie ustalić

laboratoryjnie. HomozygotycznośE kobiet pod względem choroby

sprzężonej z chromosomem X jest zdarzeniem rzadkim. Przypadki

autosomalnych chorób dominujących oraz dominujących i r<# cesywnych

chorób sprzężonych z chromosomem X są w większości wynikiem świeżej

mutacji. Im mniejsza jest zdolnośE reprodukcyjna chorej osoby, tym

większe jest prawdopodobieństwo, że choroba jest wynikiem nowej

mutacji. Krańcowo rzecz biorąc, wszystkie przypadki letalnych

(zdolność reprodukcyjna = 0) chorób dominujących autosomalnych i

sprzężonych z chromosomem X są wynikiem świeżej mutacji. Nowe

metody lecznicze zmieniają ten stan rzeczy i osoby obciążone

cechami letalnymi w obecnym stanie wiedzy, mogą przeżywać dłuższe

okresy i dochodzić do reprodukcji. Stąd częstość genu może zacząć

wzrastać i przekroczyć pierwotną wartość, tj. stan, w którym

częstośE genu w populacji była równa częstości mutacji. W przypadku

chorób recesywnych sprzężonych z chromosomem X względny udział

nowych mutacji w częstości genu w populacji zależy od zdolności

reprodukcyjnej hemizygot (mężczyzn z cecham: choroby). Różnicowanie

pomiędzy chorobą odziedziczoną a będącą wynikiem świeżej mutacji ma

znaczenie dla ustalenia prognozy genetycznej krewnych chorej osoby.

Jeżeli pacjentem jest osoba chora, to przekazuje ona chorobę

potomstwu, niezależnie od tego, czy odziedziczyła chorobę, czy ma

ją w wyniku świeżej mutacji rodzicielskich gamet. W przypadku

chorób recesywnych autosomalnych należy pamiętaE, że wiele z nich

jest w rzeczywistości przekazywanych w sposób kodominujący. W tej

sytuacji (choroby metaboliczne) można w wielu wypadkach wykonaE

badania laboratoryjne, które pozwalają wnioskować o dawce genu u

badanej osoby. Można przyjąć, że rodzice dziecka z chorobą

przekazywaną wytącznie tokiem recesywnym są heterozygotami.

Prawdopodobieństwo, że jedno z rodziców jest heterozygotą, a u

drugiego wystąpiła świeża mutacja podczas gametogenezy jest tak

małe, że można je pominąć. W przypadku chorób, które mogą

dziedziczyć się autosomalnie recesywnie i w inny sposób, rodzice

dwojga chorych dzieci są heterozygotami, a choroba jest recesywna.

Różnicowanie w takim przypadku między sprawą autosomalną a

sprzężoną z chromosomem X zależy od posiadanej informacji

empirycznej i płci chorych dzieci. W każdym przypadku, w którym

możliwe jest wykonanie badań laboratoryjnych potwierdzających

rozpoznanie, należy takie badanie wykonać. Nie należy opierać się

na obrazie klinicznym i danych z wywiadu, lecz jeżeli można,

uzupełnić je badaniami dodatkowymi. Inaczej mówiąc, im bardziej

szczegółowy jest opis fenotypu, tym pewniejsze jest wnioskowanie o

genotypie. Jak już wspomniano, rozpoznanie anomalii chromosomalnej

na podstawie obrazu klinicznego, a nie na podstawie oznaczenia

kariotypu, jest błędem w sztuce. W niektórych sytuacjach można

wykorzystać cechy sprzężone z genem poszukiwanej choroby. Przy

stosowaniu tej metody obowiązują następujące zasady. Znacznikowa

(markerowa) cecha sprzężona oraz poszukiwana cecha chorobowa muszą

byE kontrolowane genetycznie przez pojedyncze locus auto#omalne.

Oba locż muszą byE ściśle sprzężone ze sobą (patrz rozdział

VIIDziedziczenie jednogenowe). Osoba badana musi być potomkiem

podwójne#

220

heterozygoty. Należy dysponować pewną informacją o pozycji

rozważanych loci (cis-, trans-). Wskaźnik rekombinacji rozważanych

locf musi być znany. Wskaźnik rekombinacji jest miarą wiarygodności

badania. Jeżeli wynosi on np. 0,05, to prawdopodobieństwo, że

otrzymano miarodajny wynik wynosi 1-0,5 = 0,95 i jest

wystarczające. Proponowano również wykorzystanie znaczników

sprzężonych dla badania przekazywania zespołów wielogenowych (cechy

HLA i wady cewy nerwowej). Są to metody oparte na danych

doświadczalnych i ich miarodajność może być tylko z nich określona.

Brak teoretycznego wyjaśnienia podważa zaufanie do metody. W

podsumowaniu należy stwierdzić, że zanim zostanie udzielona porada

genetyczna, należy zanalizować, z jakim prawdopodobieństwem

ustalono genotyp pacj enta.

OKRE#LENIE PROGNOZY GENEłYCZNEJ

Przez pojęcie prognozy genetycznej należy rozumieć przewidywanie

wybranych elementów genotypu i fenotypu potomstwa pacjenta.

Obejmuje to nie tylko przewidywanie, czy określona choroba wystąpi

u potomstwa, ale również przewidywanie przebiegu choroby, nasilenia

objawów, czasu przeżycia itp. Cechy potomstwa zależą oczywiście od

genotypów obydwojga rodziców, toteż prognoza musi opierać się na

rozważeniu danych o nich obojgu. Najczęściej porady zasięgają

mężczyzna i kobieta pragnący mieć wspólne dziecko. Niekiedy jednak

zdarza się, że o poradę prosi pojedyncza osoba i brak miarodajnych

danych o drugim z rodziców. Praktycznie zdarzają się trzy takie

sytuacje: 1) osoba pochodząca z obciążonej rodziny zwraca się z

pytaniem, czy jej dzieci będą dotknięte; nie ma aktualnych lub

planowanych związków z drugą osobą; 2) jedno z aktualnych lub

przyszłych rodziców zasięga porady w tajemnicy przed drugim; 3)

rodzice dziecka z obciażonej rodziny zapytują o jego przyszłość

prokreacyjną. Nieco podobną sytuację stanowi zwrócenie się o

genetyczną poradę przedmałżeńską przez osoby mające nieobciążone

rodowody. Pierwszą zasadą określania prognozy genetycznej jest

stwierdzenie, że każda para rndzicielska w danej populacji ponosi

populacyjne ryzyko urodzenia dziecka z chorobą genetyczną. Wielkość

tego ryzyka równa się częstości występowania tych chorób w

rozważanej populacji (patrz rozdział IZnaczenie genetyki w praktyce

lekarskiej). Poszczególne osoby w populacjf mogą ponosić dodatkowe

ryzyko ze względu na występujące u nich niekorzystne geny, które

ujawniają się w fenotypie potomstwa w interakcji z genami

przekazanymi przez drugiego z rodziców. Prognoza genetyczna dotyczy

tylko rozważanej cechy. Określenie wielkości ryzyka genetycznego

(prawdopodobieństwa wystąpi#nia rozważanej choroby) nie zmienia

wielkości ryzyka pnpulacyjnegn i rozważana para rodziców ryzyko to

ponosi niezależnie od prognozy określonej dla rozważanej cechy

(choroby). Jest to niezwykle istotne, gdyż pacjenci zazwyczaj

uważają korzystną prognozę genetyczną (rozważana choroba nie

wystąpi u potomstwa) za równnznaczną ze stwierdzeniem, że przyszle

dziecko będzie zdrowe. Ryzyko populacyjne istnieje zawsze. Ryzyko

genetyczne zależy pnnadto od wieku osnby zasię#ającej porady.

Ryzyko urodzenia dziecka z aberracją chromosnmalną wzrasta z

wiekiem matki (patrz niżej). Pewne dane wskazują, że ryzyko

wystąpienia mutacji genowych wzrasta z wiekiem

221

ojca. W przec#wieństwie do ryzyka związanego z wiekiem matki ryzyko

genetyczne związane z wiekiem ojca jest niewielkie i przynajmniej

do 55 roku życia można je pominąć. Ryzyko związane z wiekiem ojca

powyżej 55 lat nie jest dokładnie określone iloścńowo. Wydaje się

jednak, że jest ono niewielkie. Drugą, bardzo istotną zasadą przy

określaniu prognozy genetycznej jest więc reguła, że populacyjne

ryzyko genetyczne jest różne dla poszczególnych grup wiekowych

kobiet i istotnie wzrasta dla kobiet rodzących po 37 roku życia.

Trzecia zasada mówi o tym, że prognoza genetyczna ustalona dla

pojedynczej osoby, a nie dla pary przyszłych rodziców, ma

ograniczoną wartość. Czwarta zasada stwierdza, że prognoza

genetyczna jest zawsze probabilistyczna. Wielkość

prawdopodobieństwa, z którym określono prognozę genetyczną, zmienia

się zależnie od tego, czy genotyp pacjentów jest znany, czy też

tylko zakładany z pewnym prawdopodobieństwem. W tym ostatnim

przypadku wykorzystuje się dane rodowodu. Inne znaczenie należy

przypisywać danym rodowodu dotyczącym krewnych wstępnych, a inne -

dotyczącym krewnych zstępnych.

OKRE#LENIE PROGNOZY GENEłYCZNEJ W CHOROBACH JEDNOGENOWYCH

Określenie prognozy genetycznej w chorobach jednogenowych jest

oparte na prawach Mendla. Przy znanym genotypie pacjentów jest to

w zasadzie sprawa prosta. W wyniku związku dwóch homozygot pod

względem tej samej c:echy powstaje homozygota. Związek dwóch

różnych homozygot prowadzi do powstawania heterozygoty. Wynik

związku dwóch homozygot jest więc jednoznacznie określony z

prawdopodobieństwem = 1. Związek heterozygoty z homozygotą może

prowadzić do powstania homozygoty lub heterozygoty z równym

prawdopodobieństwem, tj. 50o/o. Związek dwóch heterozygot prowadzi

do powstania albo jednej z dwóch możliwych homozygot

(prawdopodobieństwo po 25#/o), albo heterozygoty

(prawdopodobieństwo 50o/o). Stwierdzenia te wynikają z krzyżówek

przedstawionych w rozdziale o dziedziczenic jednogenowym. W

odniesieniu do autosomalnych chorób dominujących można by więc

przewidywać prawdopodobieństwo urodzenia chorego potomstwa na

podstawic prawdopodobieństwa powstania homozygoty zmutowanej (tj.

z genem choroby lub odpowiedniej heterozygoty. W rzeczywistości

jednak przewidywanie tc sprawdza się jedynie w odniesieniu do

względnie mało upośledzających cect o pełnej penetracji. W wielu

chorobach tej grupy homozygoty giną we wc'zesnym rozwoju i tylko

heterozygoty mają szanse przeżycia przez dłuższy okres W celu

opracowania pełnej i miarodajnej prognozy genetycznej nieżbędna

jes' więc znajomość rozkładu prawdopodobieństw przeżycia

określonego czasu współczynnika penetracji, prawdopodobieństwa

różnych stopni ekspresji cechy (nasilenia objawów choroby) i

współczynnika zdolności reprodukcyjne w danej jednostce chorobowej.

W odniesieniu do większoścń dominującycl chorób nie ma liczb, które

charakteryzowałyby te wielkoścń. Dysponuje sit danymi jakościowymi,

jak np. stwierdzeniem, że dana choroba prowadzi najczęściej w

stanie homozygotyczności do śmierci we wczesnym okresie życia Toteż

nawet w pozornie prostym układzie prognozy dla dominującej chorobJ

autosomalnej ustalenie prognozy z matematyczną dokładnością jest w

obeců nyrn stanie wiedzy możliwe tylko w niektórych przypadkach. W

uproszczeniu można przyjąć, że w przypadku obciążenia dominującą

cho

222

robą autosomalną prawdopodobieństwo urodzenia chorych dzieci wynosi

dl„# związku : 1) homozygota typ zmutowany (m/m) )( heterozygota

typ zmutowany/tyg# dziki (m/-f-): 1,0 (wszystkie dzieci chore), 2)

heterozygoty (m/-#) )( (m/#-): 3/,, czyli 0,75 lub '/s, czyli ok.

0,66, jeżeli homozygoty (m/m) giną we wczesnym okresie życia

(zarodkowym lub płodowym), 3) heterozygoty (m/-f-) z homozygotą (-

#/#-): 0,5 (połowa potomstwa jest chora). Oczywiście, związek dwóch

homozygot, niezależnie, czy (m/m) )( (m/m) czy (m/m) )( (#--/-#),

prowadzi do powstania gamet obciążonych, tj. do bezpłodności,

zmniejszonej płodności lub urodzeń chorych dzieci. Posługując się

danymi z rozdziału o dziedziczeniu jednogenowym, Czytelnik może

określić prawdopodobieństwo urodzenia dzieci chorych, nosicieli

choroby i zdrowych w zależności od genotypów pacjentów obciążonych

genem choroby autosomalnej recesywnej. Ponownie należy podkreślić,

że teoretyczne przewidywania mogą ulec modyfikacji na skutek

selekcji za lub przeciw heterozygo= tom lub homozygotom.

ftozważając choroby recesywne, należy pamiętaE, że w rzeczywistości

wiele# z nich dziedziczy się w sposób kodominujący. Kilkakrotnie

poruszanym przykładem są choroby metaboliczne, w których można

odpowiednim testem wykryć heterozygotę (nosiciela). Inny pouczający

przykład stanowi anomalia Pel= gera i Hueta, występująca u ludzi i

królików. Polega ona na hiposegmentaeji jąder granulocytów i na

charakterystycznych zmianach struktury jąder innych komórek układu

krwiotwórczego. Cechę tę McKusick klasyfikuje jako. dominującą.

Hodując króliki z anomalią Pelgera i Hueta uzyskuje się potomstwo

wy#kazujące cechę i nie wykazujące jej w stosunku 2 : 1, przy

jednoczesnym zmniejszeniu płodności w porównaniu z krzyżówkami

rodzeństwa które cechy nie wykazuje (Nachtsheim 1954, własne

doświadczenia). Sekcjaů ciężarnych zwierząt wykazuje obecność

obumarłych płodów lub resorpcji. W kilku przypadkach udało się

wyhodować potomstwo ginące w pierwszych dniach życia i mające

objawy ciężkiej chondrodystrofii i fokomelii. Opisano też dwa

podobne przypadki u ludzi. Dane te świadczą o tym, że anomalia#

Pelgera i Hueta w obrębie układu krwiotwórczego jest spowodowana

pojedynczą dawką genu, który w podwójnej dawce prowadzi do ciężkich

zaburzeń. rozwojowych i zwykle do śmierci w okresie płodowym lub

zarodkowym. Ina= czej mówiąc, osoba (lub królik) z anomali# Pelgera

i HueLa w układzie krwiotwórczym jest heterozygotą w odniesieniu do

recesywnej cechy "chondrodystrofia typu Pelgera i Hueta". Przykład

ten wskazuje na konieczność dalekoů posuniętej ostrożności przy

wnioskowaniu o toku dziedziczenia rzadkich cech. Obserwując

nieliczne rodziny ludzi z anomalią Pelgera i Hueta, mające nie-.

zbyt liczne potomstwo, łatwo jest przyjąć dominujący tok

dziedziczenia. W sytuacji, w której genotyp pacjentów nie jest

znany, a jest tylko zakładany z pewnym prawdopodobieństwem na

podstawie danych rodowodu, na= leży posługiwaE się

prawdopodobieństwem złożonym, wykorzystując twierdzenie Bayesa.

Odpowiednie metody postępowania są omawiane w podręcznikach

poradnictwa genetycznego. W tym rozdziale zostały podane tylko dwa

przykłady, pierwszy oparty na obliczaniu prawdopodobieństwa

złożonego i drugi wykorzystu;ący twierdzenie Bayesa (patrz

poprzednie ustępy tego rozdziału ů szczegółowo omawiają te sprawy

Murphy i Chase, 19?5. Rycina 99 przedstawia rodowód rodziny z

chorobą recesywną, który może być wykorzystany do zilustrowania

określania prognozy genetycznej dla różnych krewnych probanda.

223:

Ryc. 99. Rodowód rodziny a chorobą recesywną. W nawiasach podano

prawdopodobieństwo heterozygotyczności, nie oznaczono tego

prawdopodobieństwa dla II,E i III,1, gdyż odpowiada ono ezęstości

genu w popuIacji i zależ, od rozpoznania (w zaIożeniu przyjęto

chorobę recesywną, be: sprecyzowania rozpoznania). lll

Jest nim dziewczynka III,4 z chorobą recesywną o pewnym toku

dziedziczenia, ustalonym z danych piśmiennictwa, rozpoznanie jest

pewne. Stąd rodzice I1,2 i II,3 są obligatoryjnymi heterozygotami

(prawdopodobieństwo P = 1,0). Ich genotypy są więc znane i ponoszą

oni ryzyko dla każdego następnego dziecka = '/a (25#/#), że będzie

ono chore. Liczba urodzeń zdrowych lub chorych dzieci nie zmienia

wielkości tego ryzyka. Kolejne zapłodnienia są zdarze-niami

niezależnymi. Wykorzystując podane wyżej rozumowanie o

prawdopoůdobieństwie uzyskania poszczególnych wyników rzutu monetą

i rozwinięcie dwumianu w trójkącie Pascala, Czytelnik może

przeprowadzić formalny dowód. Udział nowych mutacji w chorobach

recesywnych jest znikomy, można więc przyjąć z wystarczającą

ufnością, że zmutowany gen pochodzi od krewnych wstępnych, tj.

pokolenia I. Dla wszystkich czworga dziadków i babek probanda można

więc obliczyć jednakowe prawdopodobieństwo heterozygotyczności: P

# '/z (50o/a dla każdego). Posługując się tą informacją, można

obliczyć dla heterozygotyczności P # '/z dla osób 1,4 i 5 pokoleniu

II. Dla I11,5 prawdopodobieństwo złożone p = 1/e)C'/? = '/#. I11,2

oraz III,3 są dziećmi dwóch heterozygot i mają fenotyp prawidłowy.

Są więc albo heterozygotami albo homozygotami typ dziki, z

prawdopodobieństwem =/a dla heterozygoty i '/, dla homozygoty typ

dziki.

Dla osoby IV,1 ryzyko heterozygotyczności wynosi I X 2

2 3 3

ko posiadania chorych dzieci dla wszystkich tych osób wynika z

ryzyka heterozygotyczności pomnożonego pr#ez względną częstość genu

w populacji (ozna.czoną przez q), pomnożonego przez ryzyko

urodzenia homozygoty ze związku dwóch heterozygot, to jest '/#.

Stąd:

dla II,1; II,4; II,5 ryzyko = '/#X'/,Xq # '/nq dla I11,2 i III,3

ryzyko # =/3X'/4Xq # '/sq dla II1,5 ryzyko # '/aX'/,Xq # '/Isq dla

IV,1 ryzyko # I/sX'/aXq # '/#zq

Ryzyko populacyjne odpowiada względnej częstości ehoroby w

populacji to jest q= (rozkład dwumianowy). Dla rzadkich chorób

recesywnych q jest małe, stąd wszystkie te osoby mają ryzyko

znacznie wyższe niż populacyjne. Wystarczy obliczyć ryzyko np. dla

mukowiscydozy, gdzi# q wynosi około 'h" a ryzyko populacyjne około

1 : 2500. Jednakże jest to wciąż ryzyko w granicach małego ryzyka.

Ryzyko wzrasta istotnie w przypadku małżeństw spo#krewnionych. Na

przykład w pr#ypadku związku II,1 z IV,l ryzyko wynosi: '#,X'#,X'/#

''I#

W rozważanym kankretnym przykładzie związek osól> nie

spokrewnionych II,1 z II,4 lub III,5 ponosi odpowiednio ryzyko 1/#s

lub 1/3z. W odniesieniu do osób, co do których uzyskano informację

o prawdopodobieństwie genotypu z danych o krewnych zstępnych,

prawd#podobieństwo to nie ulega zmiańie niezależnie od dalszej

historii reprodukcyjnej. Tak więc ryzyko posiadania dzieci

heterozygot dla par I,1 i I,2 oraz I,3 i I,4 oraz dzieci chorych

lub heterozygot dla pary I1,2 i II,3 nie ulega zmianie niezależnie

od liczby następnych urodzeń zdrowych dzieci. Gdyby jednej z par w

pokoleniu I ur4dziło się chore dzieoko, wówczas prawdopodobieństwo

heterozygotyczności dla każdego z nich (1/e) zmieniłoby się na

prawdopodobieństwo 1,0.

iv < ##, Ryc. 100. Rodowód rodziny z cechą recesywną. III,2 jest

albinosem.

Prawdopodobieństwo genotypu wydedukosanego z danych o krewnych

wstępnych jest bardziej podatne na zmianę w zależności od historii

repr4- dukcyjnej. Obliczenie prawdopodobieństw opiera się na

twierdzeniu Bayesa i polega na rozważeniu prawdopodobieństw

teoretycznych w porównaniu z wynikami k#lejnych ciąż. Ilustruje to

przykład rodowodu na rycinie 100. Załóżmy, że pacjenci to

małżeństwo spokrewnione III,1 i III,2, w którym mężayzna III,2 jest

a1binosem (rzadka cecha recesywna). A prżorż u III,1 istnieje

ryzyko '/z X 1/z =1/4, że jest heterozygotą. Stąd ryzyko, że

dziecko IV,l będzie homozygotą pod względem cechy wynosi 1/s.

Jeżeli urodzone dziecko nie wykazuje cechy i ma prawidłowy fenotyp,

eliminuje to tę możliwość. Stątl nowe prawdapadobieństwo, że I1,2

jest heterozygotą wynosi e/r, a że III,1 jest heterozygotą wynosi

'/,. Ryzyko dla następnego dziecka wynosi więc '/2 X 1/, = Ih9.

Jeżeli następne dzieeko ma prawi„łowy fenotyp, to

prawdopodobieństwo, że II,2 jest heterozygotą zmniejsza się do

6/#s, a III,1 - do I/#,. Stąd ryzyko dla trzeciego dziecka

zmniejsza się do 1/z6. Z powyższych przykładów wynika, że w

przypadku nie znanego genvtypu pacjentów, zakładanego tylko z

pewnym prawdopodobieństwem z danych rodowodu, określenie prognozy

genetycznej jest złożone. Prognozę genetyczną powinna więc określać

specjalistyczna placówka. Opieranie pragnozy na postulawamych a

prżorż genotypach bez uwzględnienia informacji z danych o krewnych

zstępnych prowadzi do zawyżenia wielkości ryzyka. Dodatkowe

trudności może nasuwać oltreślenie prognozy w przypadku chorób

występującyeh w późniejszym okresie życia. Należy wówczas

uwzględnić wiek pacjenta i prawdopodobieństwo ujawnienia się

choroby w danym wieku. Na przykład osoba obciążona 50a/o ryzykiem

dominującej pląsawicy Huntingtona (jedno z jej rodziców ma tę

chflrobę) ponosi w zasadzie ryzyk-o 25o/a posiadania dziecka z tą

chorobą. Jeżeli jednak abjawy choroby nie wystąpiły w pewnym wieku,

to ryzyko ulega zmniejszeniu proporcjonalnie do odsetka osób z

chorobą ujawnioną w tym wieku. #V 40 roku życia 75,/o chorych na

pląsawicę

15 - Zarys genetyki 225

Huntingtona ma objawy choroby. Stąd osoba obciążona ponosi ryzyko,

że jest heterozygotą : 1/zii0,25

(1/z)(0,25) -#0,5

= 0,2

a dzieci tej osoby ponoszą ryzyko równe połowie tej wartości, to

jest l0o/o. Innyxn czynnikiem komplikującym prngnozę genetyczną

jest niepełna penetracja. Ustalając prognozę w przypadku obciążenia

chor„bami sprzężonymi z chromosomem X, należy kierować się zasadami

podanymi w podrozdziale o genotypie pacjenta. Ujawnienie się

choroby u hemizygoty mężczyzny nie świadczy o nosicielstwie matki,

jeśli rodowód jest nieobciążony. W około 70o#u przypadków j#st to

wynik nowej mutacji. Stąd ryzyko dla następnego syna (i

nosicielstwa córki) wynosi P =1/z X 30o/o =15o#o. Urodzenia

następnych zdrowych synów zmniejszają odpowiednio

prawdopodobieństwo, że matka jest nosicielką i płynące stąd ryzyko

dla następnych synów. Należy stosować rozumowanie podobne jak

podane powyżej dla autosomalnych chorób recesywnych. Urodzenie

dwóch chorych synów praktycznie akreśla genotyp matki jako

nosicielki rhoroby z wystarczającą ufnością, aby ryzyko dla

następnych synów uważać za P=50o#o. W określeniu nosicielstwa córek

może być przydatne badanie cech sprzężonych z chromosomem X.

PROGNOZA GENEłYCZNA W MAŁŹEŃSłWACH SPOKREWNIONYCH

Prognoza genetyczna w małżeństwach spokrewnionych dotyczy przede

wszystkim ryzyka wyśtąpienia autosomalnych cech recesywnyćh u

potomstwa. Dla cech dominujących prognoza jest niezależna od

spokrewnienia (genotypy są znane). Mężczyzna ńie może być

homozygotą pod względem chramosomu X. U kobiet h#xnozygotyczność

pod względem choroby sprzężonej z chromosomem X może być rózważana

podobnie jak efekt spokrewnienia dla cech autosomalnych. Zazwyczaj

kobiety homozygoty pod względem choroby sprzężonej z chromosomem X

giną w okresie zarodkowym i stąd w małżeństwach spokrewnionych

obciążonych taką cechą wzrasta ryzyko poronień płodów żeńskich.

Rodowód na rycinie 101 przedstawia najc#ęstszy bliski stopień

spokrewnienia - związek ciotecznego rodzeństwa (kuzynów I stopnia).

Prawdopodobieństwo przekazania tego samego genu (alleli) z

pokolenia I do pokolenia IV

I,1 I3) (3) I,2 1 2

(2% II,2 (4) (4) II,3 (2} II I I

1 2 3 4 I

(1) III,1 I5) l5) III,2 (1) 1 2

##IV,1 IV

F# I st C# s

Rye. 101. Rodowód małżeństwa spokrewnionego (objaśnienia w tekście)

226

wynosi P :1/# X =/# X 1/e = (I/#)3 # 1/8, przekazanie tego samego

genu (alleli) z obu stron - matki i ojca ma P =1/8 X 1/8 =1/64.

Ponieważ w każdym lo#us w pokoleniu I występują cztery allele,

łączne prawdopodobieństwo, że oba allele w określonym loc2ss

pokolenia IV odpowiadają temu samemu genowi (allelowi) pokolenia I

wynosi P = 4 X '/s4 =1/#s. Różne pochodzenie alleli ma P =1- '/#s

=15/##. Stąd prawdopodobieństwo homozygotyczności w pokoleniu IV

dla aileli a (Paa) ze względu na wspólne pochodzenie wynosi I/:s q,

gdz:e q oznacza ezęstość genu w populacji. Prawdopodcibieństwo

homozygotycznnści przy różnym poehodzeniu alleli wynosi 15/,s qź.

Częstość drugiego z alleli A jest p. Jeżeli pamiętamy zasadę

rozkładu dwumianowego, i że p-3-q =1, to całkowite

prawdopodobieństwo homozygotyczności wynosi: Paa =16/s6q# -f-1/tsq

= qz -#-1/#e#lq

Paa = p# -I-1/3spq

Ponieważ częstość heterożygot ulega zmniejszeniu równemu wzrostowi

ćzęstości homożygot : Paa =1 pq - #/3npq

Wzrost ryzyka wystąpienia choroby recesywnej w małżeństwie

spokrewnionym w stosunku do ryzyka populacyjnego zależy od

częstości genu w populaeji. Frzy dużej częstości ryzyko wzrasta

nieznacznie, przy małej wzrasta w dużym stopniu. Wniosek:

małżeństwo spokrewnione ponosi ryzyko wystąpienia rzadkiej, nie

ujawnionej dotychezas w rodzinie ehoroby recesywnej. Podane wyżej

rozumowanie można uogólnić posługując się współezynnikiem

spokrewnienia (wsobności). Ogólny wzór dla współezynnika F

przedsta#via się :

F # CI#Q)N

gdzie N odpowiada liczbie wspólnych przodków w obu liniach. W

omawianym wyżej przyk#adzie liczba wspólnych przodków wynosi 5 w

każdej linii (ryc. 101) i F = I/ss. Dla związku II,2 i III,2 F

=1/e. Podane wyżej wzory można uogólnić dla dowolnego stopnia

pokrewieństwa:

Paa = (1- F) qz -i- Fp

Paa = (1- F) 2 pq

Współezynnik F można stosować do rodowodów obciążonych chorobą

x^ecesywną. Dla rodowodów nie obciążonych ryzyko mniejsze niż przy

F=lhs można pominąć. Nawet przy F =1/e ryzyko jest małe.

OKREŚLENIE PROGNOZY GENEłYCZNEJ DLA PACJENłóW OBCIĄŻl#NYCH

ABERftACJt# CHftOMOSOMALNĄ LUB CfIOROBĄ WIELOGENOWĄ

Określenie prognozy genetycznej dla pacjentów obc?ążonyeh aberracią

chromosomalną lub chorobą wielogenową opiera się w obecnym stańie

wiedzy wyłącznie na danych doświadeza!iych. Można je odnaleźć w

piśmiennictwie, przede wszystkim w kompendium pod redakeją Bergsmy

(1980). Ryzyko aberracji chromosomalnych przy prawidłowym

kariotypie rodziców i nieobciążonym rodowodzie odpowiada w

przybliżeniu częstości aberraeji w populacji. Ściślej, ryzyko to

odpowiada częstości aberracji w populacji, a mniej rzęstości

aberracji w rodzinach obciążonych obecnych w tej populacji. Ryzyko

dotyczy przede wszystkim urodzenia dziecka z trisomią 21 i wynosi

ok. 1,5 promila. Ryzyko to wzrasta z wiekiem matki i dla kobiet

rodzą

227

cych po 37 roku życia osiąga wartość bliską lo;'o. Podobnie

urodzenie jednego dzieeka z aberracją chromosomalną, niezależnie od

jej typu, zwiększa ryzyko urodzenia dziecka z tą samą lub inną

aberracją chromosomalną do ok. lo/o dla matek poniżej 37 lat. Dla

kobiet starszyeh ryzyko pozostaje takie samo jak dla innych kobiet

tej grupy wiekowej mimo obciążenia wywiadu. Nieprawidłowości

kariotypu rodziców zwiększają ryzyko w różnym stopniu, zależnie od

rodzaju nieprawidłowości i płci jej nosiciela. Ryzyko ponoszą

przede wszystkim nosiciele translokacji zrównoważonych, a jego

wielkość jest różna zależnie od typu translokacji. Znaczenie

tranślokacji robertsonowskich chromosomów 13 i 14 jest dyskusyjne,

podobnie jak wariantów chromosomów #inwersja 9, warianty 16).

Określenie prognozy genetycznej należy w tych przypadkach

pozostawić specjalistycznym placówkom. Ryzyko genetyczne w

przypadku zespołów wielogenowych również zależy od rodzaju choroby.

Można przyjąć bardzo ogólną regułę, że wystąpienie choroby u

jednego z bliskich krewnych pociąga za sobą ryzyko w granicach od

3 do 5o/o. Wystąpienie zespołu u dwóch członków rodziny zwiększa

ryzyko do 10-15o/o. ftyzyko empiryczne ponownego wystąpienia

choroby wielo#enowej jest różne w odmiennych populacjach.

POI#ADA GENEłYCZNA

Porada genetyczna polega na przekazaniu informacji o ustaleniach,

tj. o rozpoznaniu, podłażu genetycznym choroby u probanda, taku

dziedziczenia i prognozie genetycznej dla pacjentów. Omawiając

prognozę należy pamiętać o stopniu obciążeńia, które powoduje

choroba oraz o przedyskutowaniu możliwości leczenia lub

rehabilitacji. Następnie należy wskazać możliwe opeje z

uwzględnieniem diagnostyki prenatalnej, sztucznego unasiennienia i

możliwości adopcji. Nie ma sztywnych reguł udzielania porady

genetycznej. Sposób przekazania informacji zależy od wykształcenia

pacjenta, jego osobowości i sytuacji życiowej oraz od osobowości

lekarza. Porady można udzielać zespołowo lub pojedynezo, w ciągu

jednej lub kilku wizyt itp. Można podać kilka bardzo ogólnych

wytycznych. Większość pacjentów nie zna praw dziedziczenia. Należy

je więc wyjaśnić w przystępny sposób. Większość też nie zna pojęć

rachunku prawdopodobieństwa. Trzeba wyjaśnić probabilistyczny

charakter prognozy genetycznej. Liczbowe określenie wielkości

ryzyka genetycznego nie przemawia do wyobraźni. Umownie przyjęto za

Carterem określać ryzyko do 5o;i" jako małe, w granicach 5 do l0o/o

jako średnie, a powyżej IOo/o jako duże. Pacjentowi należy podać

wielkość ryzyka dokładnie, a następnie określić je jako małe,

średnie lub du#że i porównać z ryzykiem codziennego życia, jak np.

ryzykiem wypadku drogowego, wypadku przy pracy w zawodzie pacjenta

lub ryzykiem zachorowa#nia na często występujące choroby.

Oczywiście, do oceny ryzyka dochodzi #cena obciążenia, jakie

choroba powoduje. Pacjent powinien zrozumieć treść porady i w

dyskusji z lekarzem radzącym podjąć samodzielną decyzję. Lekarz nie

powinien narzucać swoich poglądów. Ńie jest to łatwe, tym bardziej,

że często pacjenci oczekują wskazania najlepszego wyjścia i zadają

pytanie, jaką decyzję podjęłaby osoba, udzielająca porady. Decyzja

prokreacyjna jest sprawą tak osobistą, że lekarz nie może pod;ąć

jej za pacjenta. Omawiając diagnostykę prenatalną, należy wielkość

ryzyka genetycznego porównać z ryzykiem proponowanej metody

badania. Amniocenteza genetycz

#28

na powoduje ryzyko dla plodu mniejsze niż lo#o, natomiast w obecnym

stanie techniki amnioskopia powoduje ok. IO#io ryzyka straty płodu.

Obie metody mają znikome ryzyko dla matki. Zakońezenie ciąży ze

wskazań genetycznych; wykonane zgodnie z zasadami, przy użyciu

prostaglandyn lub mikrocięciem cesarskim, powoduje ryzyko równe

ryzyku porodu. Z punktu widzenia możliwości powikłań i skutków dla

następnych ciąż ryzyko przerwania ciąży przez wyłyżeczkowanie w

pierwszych 12 tygodniach jest znacznie wyższe. Po przedyskutowaniu

porady z pacjentem należy odpowiednio przystępnie sformulowaną jej

treść przekazać mu na piśmie, gdyż z biegiem czasu pacjenei

zniekształcają ustną treść porady. Wskazane jest przekazanie kopii

lekarzowi kierującemu. Z doświadezeń autorów tego rozdziału wynika,

że porada genetyczna powinna być udzielana przez specjalistów w tej

dziedzinie. Lekarze innych specjalności powinni ograniczyć się do

stwierdzenia genetycznego obciążenia i potrzeby porady oraz

właśeiwego skierowania pacjenta. Plaeówka genetyczna powinna

zapewnić właściwą opiekę pacjentowi i jego rodzinie, kierując do

odpowiednich specjalistów. Bardzo istotną sprawą jest utrzymanie

dalszego kontaktu i uzyskanie informacji o dalszych losach rodziny,

której udzielono porady. Konfrontując treść porady i aktualne

decyzje pacjentów z celem poradnictwa, którym jest umoż= liwienie

genetyczńie obciążonym rodzinom posiadania zdrowych dzieci, lekarz

udzielający porady może dokonać kontroli skuteczności swego

działania.

PO ZlSUMO WANIE

Podstawowym celem poradnictwa genetycznego jest umożliwienie

genetycznie obeiążonym rodzinom posiadania zdrowych dzieći poprzez

wskazanie rodzinom ryzyka możliwości wezesnego wykrycia chorych

członków rodziny i zapewnienie im wezesnego właściwego leczenia lub

rehabilitacji. Następnym celem poradnictwa jest zmniejszenie

częstości urodzeń chorych genetycznie. Poradnictwo opiera się na

identyfikacji rodzin i osób ryzyka genetycznego oraz przekazaniu im

informacji o wielkości tego ryzyka. Naśtępnym etapem jest wskazanie

możliwych opeji ;prokreacyjnych, możliwości leczenia i

rehabilitacji oraz organizacja opieki genetycznej. Cały personel

służby zdrowia, niezale#nie od specjalności, powinien brać udzial

w identyfikacji rodzin i osób ryzyka. #.V. Diagnost##a prenatalna

Lucja# Wżśrzżezuskż

Nat#ralną #onsekwencją i przedłużeniem poradnictwa genetycznego

jest d„agnostyka prenatalna chorób uwarunkowanych genetycznie.

Poradnictwo genetyczne operuje pojęciem ryzyka opartym na

prawdopodobieństwie statystyeznym. Diagnostyka prenatalna natomiast

poz-t#ala na rozpoznawanie wielu ciężkich schorzeń plodu we

względnie wczesnym okresie ciąży, kiedy można zastosować

postępowanie lecznicze - lub podjąć decyzję o przerwaniu ciąży, gdy

nie ma żadnych możliwości terapii. Na szybki rozwój diagnostyki

prenatalnej w ostatnim dziesięcioleciu złożyło się wiele czynników.

Jednym z nich bylo niewątpliwie wprowadzenie do diagnostyki

prenatalnej badań ultrasonograficznych. Badania takie umożliwialy

rozpoznawanie wielu wad ośrodkowego ukladu nerwowego (o.u.n.) już

od 12 tygodnia ciąży, pozwalaly na określenie odpowiedniego terminu

pobrania wód płodowych oraz zwiększały bezpieczeństwo zabiegu

amniopunkcji. Poza waclami o.u.n. zastosowanie odpowiednich

aparatów ultrasonograficznych umożliwia rozpoznawanie również

takich nieprawidłowości, jak malogłowie, wady serca, nerek, układu

kostnego itp. Początkowo diagnostyka prenatalna, przeprowadzana w

II trymestrze c:ąży, opierala się głównie na badaniach

ultrasonograficznych oraz zabiegu amniopunkcji. Ten ostatni polegal

na pobraniu próbek płynu o##iodńiowego. Komórki z płynu hodowano i

po ok. 2-3 tygodniach można bvło uzyskać wy

Ry#. 102. Ultrasonogram płodu w 17 tygodniu ci#ży. Brak

prawidłowych ech odgłó#=?#i płodu.

230

niki badań cytogenetyeznych lub biochemicznych. W samym płynie

owodniowym prowadzi się głównie badania stężenia alfa-fetoproteiny

i acetylocholinoesterazy - znaczników (markerów) wad ośrodkowego

układu nerwowego. Istotnym elementem, wpływającym na rozwój

diagnostyki prenatalnej, bylo wprowadzenie w latach

siedemdziesiątych prążkowych metod identyfikacji chromosomów,

pozwalających na rozpoznawanie aberracji chromosomo#vych, zarówno

liczbowych, jak i strukturalnych. ### latach ostatnich opracowano

metody pobierania kosmków trofoblastu, pozwalające na wykonywanie

diagnostyki prenatalnej już w I trymestrze ciąży, szczególnie w

przypadkach związanych z diagnostyką chorób chr4mosomowych.

OCENA KAIZIOłYPU PŁODU

Możliwość wykrycia wad chromosomowyeh u,płodu w klasyenej już

diagnostyee prenatalnej II trymestru ciąży jest uzależniona od

sposobu hodowli komórek wód płodowych, jak też odpowiedniego doboru

metod prążkowych do identyfikacji chromosomów.

231

Ryc. 104. Płód po rozpoznaniu prenatalnym przepukliny móz- gowo-

rdzeniowej potwierdzo- nej po indukowanym poronie- niu.

Ryc. 103. Płód z rozpoznaną prenatalnie wadą bezmózgowia po

wywołaniu poronienia za po- moeą prostaglanclyn. Pobranie wód

płodowych dfl analizy chromosomów, jak i do innych badań. odbywa

się między 16 - 18 tygodniem ciąży. W wodach płodowych znajdują się

komórki pochodzące z owodni, naskórka płodu, nabłonka przewodu

pokarmowego, układu oddeehowego oraz moczowo-płciowego. Większość

komórek jest uszkodzona, jedynie kilka z nich, od 3 do 5 w 1 ml,

wykazuje zdolność wzrostu. Materiał do hodowli powinien być pobrany

w warunkach jałowych, zakładany do hodowli w specjalnych laminarach

z nawiewem jałowego powietrza. Założone ho.dowle prowadzi się w

inkubatorach z przepływem 5#! " COz, utrzymujących odpowiednią

temperaturę i wilgotność. Dzięki zastosowaniu niezbędnych

odczynników i pożywek, których opis przekraczałby ram y tego

rozdziału, pobrane komórki dają się z powodzeniem hodować in vitro.

Metody hodowli komórek z wód płodowych opisało wielu autorów, m.in.

Nadler (1969 r.), Santesson (1969 r.), Bn”rr - Gardner i wsp. (1972

r.), Paul (1975 r.), Sehmidt (1975 r.), z polskich autorów -

Snieżek (1969 r.). Wyróżniamy dwie formy wzrostu komórek z wód

płodowych, a mianowicie fibroblastopodobne i nabłonkowopodobne. Dla

badań cytogenetycznych nie ma większego znaczenia, jaki jest rodzaj

badanych komórek. Garnitur chromosomowy jest stałą cechą każdej

komórki. Jednak istnieją czynniki wpływające niekiedy na zachowanie

się chromosomów podczas hodowli i doprowadzające do powstawania

kilku linii komórkowych różniących się kariotypem (mozaikowość).

Dlatego niektórzy badacze bazują na hodowlach wyprowadzonych z

jednej komórki - metoda hodowli i#. situ i stosują dość

skomplikowany nieraz system kontrolny. Bardzo interesującą

modyfikacją met#dy uzyskiwania chromosomów z hodowli komórek wód

płodowych jest pobieranie kilku komórek dzielących się z hodowli

3-4-dniowej (Claussen, 1983 r.) i wykonanie preparatów

chromosomowych do wstępnej, szybkiej analizy. Rutynowo stosowana

hodowla wód płodowych wymaga 2 - 3 tygodni wzrostu, w celu

uzyskania dostatecznej liczby dzielących się komórek. Jak dotąd,

nie wykryto czynnika pobudzającego wzrost komórek

fibroblastopodobnych, tak jak to jest w przypadku limfocytów, gdzie

pod wpływem fitohemaglutyniny następuje przyspieszenie podziałów

komórkowych x już po 48 h można określać kariotyp. Ważnym

czynnikiem w diagnostyce prenatalnej zaburzeń cllromosomalnych jest

postęp w zakresie identyfikacji chromosomów. Grupa badaczy pod

kierownictwem Casperssona opublikowała pierwsze obserwacje

dotyczące zróżnicowanego wiązania się barwników fluoryzujących z

hetero-euchromatyną chromosomów. Zauważono, że chromosomy wiążą

barwniki nierównomiernie, ale według stałego powtarzalnego wzoru.

Metoda fluorescencji umożliwiła opracowanie nowych kryteriów

klasyfikacji chromosomów homologicznych, dokładniejsze rozpoznanie

aberracji strukturalnych chromosomów i wiarygodn# ocenę kariotypu.

Dalsze opracowania wykazały zróżnicowanie poprzeczne chromosomów

#>rzy zastosowaniu barwnika Giemsy po uprzednim traktowaniu

preparatów trv,nsyną lub solankami. Obserw#wano też ciemne barwiące

się barwnikiem Giemsy rejony okołocentromerowe (bloki C) przede

wszystkim chromosomów 1, 9, 16, Y i chromosomów akrocentrycznych

oraz mniej wydatne - w pozostałych chromasomach. Poprzeezny wzór

prążkowy ealych chromosomów (prążki G), widocmy po barwieniu

barwnikiem Giemsy, stał się przydatny w diagnostvce prenatalnej.

Odwrotnością morfolo#iczną prążków G są prążki R. Akt,#salnie

żstnieje wiele metod prążkowych i opracowano ich specjalną

nomenkiaturę. Najszerzej stosowaną metodą prążków G jest metoda

GłG, prążków C - CBG, prążków R - metoda RBA. Wskazania do

oznaczania kariotypu płodu przedstawiają się następująco:

232

1. Wiek matki powyżej 35 roku życia.

2. Wiek ojca powyżej 35 roku życia (dyśkusyjne).

3. Trisomia 21 u dziecka z poprzedniej ciąży.

4. ftodzinnie występujący zespół áowna.

5. Inne aneuploidie niezależne od trisomii 21 (trisomia 13, 18, 8)

z poprzedniej ciąży. 6. Mozaikowatość chromosomowa w kariotypie

rodzicielskim (np. z lini# z dodatkowym chromosomem 21). 7.

Nosicielstwo translokacji zrównoważonej u rodziców (translokacja

wymienna lub heterologiczna fuzja centryczna). e. Nosicielstwo

innych aberracji chromosomowyeh.

9. Zwiększone ryzyko wystąpienia schorzenia sprzężonego z płcią.

10. Zwiększone ryzyko urodzenia dziecka z zespołem łamliwego

chromosomu X.

I1. Zwiększone ryzyko wystąpienia zespołu nadnerczowo-płeiowego u

płodu# 12. Zwiększone ryzyko schorzeń genowych z niestabilnością

chromosomową (z. Blooma, z. Fanconiego, xeroderma pig%n,e#tosum,

atnxża teleangiectasia): Rodzinne występowanie zespołv Downa wiąże

się często z układem mozadkowym w kariotypie rodziców lub z

translflkacyjną formą tego zespołu. Urodzenie dziecka z zespołem

Downa z formą translokacyjną de novo nie wiążesię ze zwiększonym

ryzykiem urodzenia następmego dziecka z tym zespołem. Należy jednak

mieć gwarancję co do xzeczywistego ojc#stwa dziecka z tą zmianą. W

przypadku, gdy translokacyjna forma zespołu Downa jest wynikiem

zrównoważonej translokaćji u jednego z rodziców, ryzyko powtórzeni#

zależy od tego, czy translokacja jest pochodzenia ojcowskiego, czy

też matczynego (większe ryzyko, gdy nosicielem jest matka) oraz od

tego, które z chromosomów uczestniczą w translokacji. W przypadku

translokacji homologicznej# t(21;21) każde następne dziecko z tego

związku będzie obarczone zespolenx Downa i to l00a/o ryzyko

powtórzenia zespołu Downa pow#duje, że odstępuje się od diagnostyki

prenatalnej w razie kolejnej ciąży. Można zaproponnwać metodę

inseminacji heterologićznej, gdy nosicielem tej aberracji jest

ojciec, zanim małżonkowie zdecydują się na następną ciążę.

Nosicielstwo translo'kacji typu t(13;21), t(14;21), t(15;21),

t(21;23) jest wskazaniem do diagnostyki prenatalnej, przy czym

najczęściej spotykaną aberracją translokaeyjną u donoszonych

noworodków z zespołem Downa jest t(14;21). Wielkość ryzyka

urodzenia dziecka z niezrównoważonym kariotypem u nosi~ cieli

translokacji zrównoważonych jest funkcją prawdopodobieństwa tworze=

nia się gamet niezrównoważonych pod względem zawartości materiału

genetycznego a prawdopodobieństwem przeżycia płodów z

niezrównoważonym kariotypem. Wiadomo, że wiele nieprawidłowo

ukształtowanych płodów, w tym, z zespołem Downa, ulega biologicznej

selekcji przez poronienia samoistne. VV przypadku translokacji

wymiennych zrównoważonych istnieje możliwośćů powstawania

niezrównoważonych kariotypów u płodów i ryzyko urodzenia dziecka z

wadami zależy od zawartości genetycznej niezrównoważonego segmentu

chromosomu, niezależnie od wielkości tego segmentu. Stwierdzenie#

aberraeji strukturalnej u płodu w wyniku diagnostyki,prenatalnej

wymagabardzo wnikliwej oceny, czy aberracja jest zrównoważ#na, czy

nie. Czasami trzeba korzystać z bardzo pracochłonnych technik

cytogenetycznych o dużej rozdzielczości, aby zinterpretować zmianę

i jej konsekwencje fenotypowe. Do niedawna w rodzinach o

zwiększonym ryz#ku wystąpiemia chorób sprzężonych z plcią ocena

kariotypu płodu ograniczała się jedynie do ustalenia

233#

płci. Aktualnie diagnostyka prenatalna tych sehorzeń została

wzbagacona

-o inne badania, bardziej charakterystyczne dla tych jednostek,

opierające się na bezpośredniej anali#ie DNA (sondy genetyczne).

ZASłOSOWANIE BIOPSJI Ti#OFOBLASłU W DIAGNOSłYCE PIś.ENAłALNEJ

Często stosowany zabieg amniopunkeji, pomimo nieżbyt dużego ryzyka

powikłań (1o/o), ma pewne ograniczenia. W ra#ie lokalizacji łożyska

w przedniej ścianie macicy wykonanie zabiegu amniopunkeji

zdeeydowanie zwiększa ryzyko poronienia. Najistotniejszym jednak

problemem jest zabieg przerwania ciąży w razie rozpożnania wady u

płodu, co przypadałoby na okres 20 - 24 tyg. Z tego względu

najbardziej korzystnym okresem diagnostyki prenatalnej jest I

trymestr ciąży, a tkanką dostępną do badań - trofoblast. W tym

czasie tkanka łożyskowa znajduje się w stadium kosmówki. W dobrze

wykształco,nych kosmkach trzeciorzędowych znajdują się naczynia

krwionośne pokrywające całe jajo płodowe. Kosmówka nie zawiera

tkanek matezynych. Materiał do badań prenatalnych można uzyskać,

dokonując biopsji przez kanał szyjki macicy, pobierając kosmki

#arówno z kosmówki krzewiastej, tzn. z miejsca implantacji, jak i

z kosmówki gładkiej. Należy wziąć pod uwagę, że po 10 tygodniu

ciąży kosmki kosmówki gładkiej zanikają, w kosmówće krzewiastej

zaczyna rozwijać się płyta podstawowa, a nadto miejsce implantacji

może być ulokowane daleko od ujścia wewnętrznego. Zmiany te

utrudniają otrzymanie kosmków do badań i większość autorów uważa,

że badanie powinno wykonywać się przed ukońezonym 10 tygodniem

ciąży. Pierwsze doniesienie o biopsji trofoblastu (Bł, chorion

villi sampling = #VS) zostało przedstawione przez Hahnemanna i

Mohra w 1958 r., dotyczyło 8 kobiet we wezesnej ciąży, które tuż

przed planowanym jej przerwaniem ze wskazań społecznych zgodziły

się na ten dadatkowy zabieg. Użyto endoskopu o średnicy 6 mm, który

wprowadzono przez kanał szyjki do jamy maeicy, a następnie

kleszezykami biopsyjnymi póbierano próbkę tkanki o wymiarach 1,5 X

0,5 X 0,2 em. Tylko jedna próbka (badana w mikroskopie świetlnym)

była pochodzenia płodowego. Rok później ci sami autorzy opiśali 63

biopsje w I trymestrze ciąży. Technika była taka sama, a wyniki

lepsze: w 20a/o uzyskano materiał pochodzenia płodowego, gdzie

oznaczono kariotyp. U 12 pacjentek ciążę przerwano po 8 dniach -

żadna z nich weześniej nie poroniła. Jedynym, acz obciążającym

powikłaniem, było znalezienie w 12o/0 materiału komórek owadni.

Metoda biopsji trofoblastu była już od kilknastu lat stosowana w

Chinach, lecz dopiero w 1995 r. opublikowano wyniki biopsji u 100

kobiet w I trymestrze ciąży. Użyto sztywnej kaniuli metalowej o

średnicy 3 mm, któr# wprowadzano na śl#po 6 - 9 cm poza ujście

zewnętrzne szyjki maćicy i następnie aspirowano, po odezuciu

lekkiego oporu stawianego przez najbliższy fragment kosmówki. Gdy

nie uzyśkiwano materiału, procedurę powtarzano, #vkładając kaniulę

w nieco innym kierunku. Paejentki w czasie 30 min po zabiegu szły

do domu. Najbardziej k#mpleksowo potraktowali biopsję trofo'blastu

badac#e z Mediolanu - Simoni, Brambati i wsp. (1983, 1984 r.),

#tórzy przedstawili zarówno techniki biopsji, jak i możliwości

różnorakich badań otrzymanego materiału. Przedstawiono wyniki badań

eksperymentalnych oraz badań diagnostycznych na dużym materiale

(ponad 100 pacjentek). Rozkład wskazań dc biopsji diagnostycznej

przedstawiał się następująco: 87o/o - występowanic

'234

#nomalii chromosomowych, l0o#o - wystąpienie chorób sprzężonych z

chromosomem X oraz 3o/o z powodu wystąpienia chorób metabolicznych.

Ultrasonograficzna lokalizacja trofoblastu, ocena stanu płodu

(akcja serca, ruchy) przed i po badaniu oraz dokładna kontrola

położenia cewnika w ezasie biopsji czynią ten właśnie sposób

pobierania kosmków do badania najlepszym i najbezpieczniejszym dla

pł#du. Próbki płodowe uzyskano w 96o/o przypadków. Po zabiegu

obserwowano kilkudniowe plamienie. Poronienie samoistne wystąpiło

w 2o/o przypadków diagnostycznych. Nie stwierdzono zakażenia jaja

płodowego (infekcji wewnątrzmacicznej). Dżięki szybkiemu rozwojowi

techniki pobierania kosmków, przed diagnostyką prenatalną w I

trymestrze ciąży pojawiają się coraz większe możliwoś#i. Pobrane

podczas biopsji kosmki zawierają, oczywiście, taki sam materiał

genetyczny i enzymatyczny jak płód, a we wczesnej ciąży masa ich

nie przekracza 50o/o całego pęcherzyka płodowego. Do wykonania

badań wystarcza już ok. 5 mg tkanki, a ilość optymalna to 10 - 30

mg. Kariotyp płodu oznacza się z komórek trofoblastu metodą

bezpośrednią bez uprzedniego hodowania kosmków żn vżtro. Metoda ta

umożliwia określenie kariotypu plodu już po kilku gndzinach po

biopsji. Brambati i Simoni #v 1983 r. zdiagnozowali trisomig 21

pary chromosomów (zespół Downa) w 11 tygodniu ciąży po upływie 5 h

od pobrania kosmków. Najczęściej,jednak stosuje się tżw. "overnight

technique" i ocenę materiału po 24 h. Dżięki temu możliwe jest

zdiagnozowanie we wczesnej oiąży chorób uzależnionych od liczbowych

aberracji chromosomalnych (zespół Downa, zespół Edwardsa itd.) nraz

zespół #'urnera, Klinefeltera itp. Badania genetyczne można też

wykonać po 24 h od biopsji, jakkolwiek śtosuje się często metodę

pośrednią, tzn. hodowlę ź#. vżtro kosmków w celu otrzyman;a szybko

rosnących kultur komórkowych. Możliwość dokładnej identyfikacji i

oceny chromosomów metodą prążków pozwala na diagnozowanie ehorób

uza?eżnionych od strukturalnych aberracji chromosomalnych, np.

zespół Cri-du-chat (zesp. "miauczenia kota"). Hodowla komórek

trofoblaśtu stwarzała jednak kilka poważnych problemów. Pierwszy -

to małe tempo wzrostu komórek trofoblastu w zwykłych waruńkach

hodowlanych. Problem rozwiązano, hodując kosmki na specjalnych

pożywkach Changa wzbogaconych hormonami, co znacznie przyspieszyło

tempo wzrastania komórek. Drugi problem - to pojawianie się

domieszki komórek matczynych w badanym materiale. Początkowo w

pobranym materiale dominowały kariotypy #6,XX. Wiązało się to z

niedoskonałymi technikami biopsji oraz brakiem doświadczenia w

identyfikacji komórek doczesnej. Dokladne przeglądanie materiału

pod inwertoskopem pozwala na eliminację zanieczyszczenia badanych

próbek komórkami matczynymi. Dzięki temu można mieć pewność, że

ujrzana właśnie mitoza i otrzymany z niej kariotyp 46,#;X jest

kariotypem płodu, a nie matki. Większość aut#rów jest zdania, że

metody bezpośrednie badania kosmków mają przewagę nad metodami

pośrednimi (hodowlą). Spontanicznie powstające mitozy w kamórkach

kosmków, pochodzących z trofoblastu, pozwalają na uzyskiwanie

kariotypów i preparatów chromosomowych dabrej jakości, czas badania

jest zredukowany do 2 dni, a koszty znacznie zmniejszone. Badanie

enzymatyczne wykonuje się metodą ilościową oraz elektroforezy,

także bez konieczności hodowania kosmków. Początkowo zakres tych

badań był bardzo wąski, później stopniowo zaczęto oznaczać więcej

enzymówszczególnie lizosomalnych. Simoni i Brambati oznaczają 7

enzymów lizosomalnych, a Gustavii - 11, co nie oznacza, oczywiście,

kresu możliwości diagnozy odpowiednieh bloków metabolicznych.

Badanie enzymów lizosomal

235

nych ma tu istotne znaczenie, pondeważ wśród ok. 50 rozpoznawalnych

w czasie ciąży błędów metabolicznych znaczną część stanowią

enzymopatie lizośomalne. Dotychczas dzięki biopsji w I trymestrze

ciąży udało się zdiagnozować takie choroby, jak mukopolisacharydozy

I - VI, glikogenozy i inne. Reasumując, w porównaniu z metodami

diagnostyki prenatalnej stosowanymi w II trymestrze ciąży, biopsja

trofablastu ma kilka istotnych zalet: Przede wszystkim w razie

niekorzystnego wyniku badania poronienie sztuczne w I trymestrze

ciąży jest zdecyd-owanie bardziej bezpieczne, szybsze i mn„ej

obciążające matkę. Ta nowa metoda nie wyprze całkowicie

amniopunkcji, na razie bowiem nie można tak wcześnie zdiagnozować

np. otwartych wad układu nerwowego u płodu. Przegląd piśmienn#ctwa

wykazuje, że biopsja trofobiastu jest badaniem. stosunkowo

bezpiecznym i coraz częściej stosowaną metodą przez wiele ośrodków

prowadzących diagnostykę prenatalną. O ile do 1983 r. wykonano ok.

165 biopsji diagnostycznych, to obecnie liczba ich przekroczyła już

1000# w 89 ośrodkach. Na tak dużym materiale akreśl4no ryzyko

biopsji na około 3,6o/o. Jest to tzw. fetal loss rate (FLR). Różni

się on nieznaeznie w zależności od ośrodka - wg Simoniego wynosi 4

- go#o, dane chińskie podają 2 - 3o/or a amerykańskie 3 - 4o/o.

Poronienie po biopsji może byE spowodowane przebiciem pęcherza

płodowego lub drażniącym działaniem wprowadzonego do macicy ciała

obceg#. Inne obserwowane powikłania to zakażenia (na szczęście,

występujące rzadko) i kilkudńiowe plamienia u znacznej części

pacjentek, ale nie kończące się poronieniem ćiąży. Wydaje się

słuszne, by w celu zmniejszenia częstości FLR przestrzegać ogólnych

zasad, tzn. nie wykonywać biopsji w stanie zapalnym szyjki lub

pochwy i plamieniu przed zabiegiem. Jeśli weźmie się pod uwagę, że

ok. 8o/o wszystkich ciąż wymaga diagnostyki prenatalnej, ryzyko

urodzenia płodu z wadą u kobiet powyżej 35 roku życia wynosi ponad

5o/o, a ryzyko samaistnego poronienia ok. 6,2a!o, to podany wyżej

współczynnik FLR jest rzeczywiście ńiewielki. Należy przypuszczać,

że wraz z rozwojem nowych technik procent powikłań będzie się

zmniejszał. Postępy w uzyśkiwaniu czys#tego materiału i eoraz

większe możliwości ba= dania go powodują, że biopsja trofablastu

prawdopodobnie stanie się najszerzej stosowanym badaniem w

diagnostyce prenatalnej.

ROLA ULłIZASONOGRAFII W DIAGNOSłYCE Pi#ENAłALNEJ WAD OŚRODKOWEGO

UKŁADU NEHWOWEGO

Ultrasonografia (USG) jest jedną z metod uwi#oczniania płodu.

Badanie ultrasonografdczne ma w diagnostyee przedurodzeniowej

potrójne zastosowanie: Metoda ta służy do dokładnego ustalez#ia

zaawansowania ciąży, lokalizacji łożyska i płodu, a także stosowana

jest jako badanie diagnostyczne. Ze względu na niską częstotliwość

stosowanych ultradźwięków (ok. 2 MHz) i krótkie czasy ekspozycji

pacjentki powszechnie uważa się, że ultrasonografia jest całkowicie

nieszkodliwa dIa pacjentki i płodu. Wiek ciąży ustala się na

podstawie określenia wymiaru dwu„emieniowego główki płodu, wymiaru

poprzecznego klatki i tułow„a, a także pomiaru kości długich

kończyn płodv. Ultrasonografia jako metoda diagnostyczna w zakresie

wad wrodzonych najwcześn„ej była stosowana w wykrywaniu otwartych

wad cewy nerwowej. Wady ośrodkowego układu nerwowego są najbardziej

liczną, równolegle do aberracji chromosomalnych, grupą schorzeń

genetycznie uwarunkowanych.

236

Ryzyko ich wystąpienia jest różne dla określonych regianów

geograficznych. Średnie ryzyko wystąpienia tych wad dla całej

Wielkiej Brytanii wynosi 4,5#'#o; nato#xniast dla Szkocji sięga ono

aż 9#oo. Szacuje się, że w Polsce łączna częstość wyśtępowania

bezmózgowia i rozszezepu kręgosłupa wynosi 1,15o/oo. Oznacza to, że

w kraju rodzi się roeznie ok. 690 dzieei z ciężkimi wadami

ośrodkowego układu nerwowego na 600 000 żywo urodzanych. Ryzyko

powtórnego wystąpienia bezmózgowia i rozszez#pu kręgosłupa w

rod#inie dużego ryzyka jeśt znacznie większe. Odpowiednie dane

przedstawione są w t„beli 49. Jako pełny miarodajny test

rozpoznania wad ośrodkowego układu nerwowego przyjmuje się badania

ultrasonograficzne oraz oznaczenia stężenia alfa-fetoproteiny i

acetylocholinoesterazy w płynie owodniowym. Dodatkowym testem

wskazującym na istnienie wady ośrodkowego układu nerwowego jest

zjawisko przyspieszonego przyklejania się komórek płynu owodniowego

do podłoża w czasie ich hodowli.

ł a b e 1 a 49. Ryzyko wystąpienia otwartej wady ośrodkowego układu

nerwowego z## rodzinie dużego ryzyka (wg Smitha)

Wywiad

Je„r:o dziecko z wadą

.ledno z rodziców obciążone wadą

Jedno z radziców obciążone wadą oraz jedno dziecko obciążone wadą

13 D##-oje dzieci z wadą 13 Troje dzieci z wadą 13 Jedno dziecko i

krewny z trzeciej linii z wadą g ,ledro dziecko i krewny z trzeciej

linii z wadą 7

w %

Ba#daniem USG można wykluczyć lub rozpoznać, jak już wspomniano,

wiele wad związanych z zaburzeniami anatomicznymi płodu.

Najezęściej wykrywane są wodogłowie i bezezaszkowie. W tych

przypadkach badanie należy rozpocząć od dokładnej analizy struktur

wewnątrzezaszkowych, wyglądu i pomiarów główki. W analizie struktur

wewnątrzezaszkowych należy brać pod uwagę: echo środkowe (echo od

sierpu mózgv, echa od komory III i wodociągu mózgu - Sylwiusza).

Następnie bardzo ważne w obserwacji są echa od komór bocznych

mózgu, które powinny być zlokalizowane symetrycznie w obydwu

półkulach, istotne również są echa rogów czołowych i potylicznych,

splotu naczyniowego itp. Obraz USG w bezezaszkowiu jest

eharakterystyczny - brak echa od kości pokrywy czaszki, zwykle

obecne są echa od kości potylicznych i oczodołów. Rozpoznanie

wodogłowiia opiera się głównie na analizie lokalizacji echa komór

bocznych i oblicza#iu wskaźnika komorowo-główkowego (wartość

prawidłowa wskaźnika komorowo-główkowego wynosi 0,5) oraz na

pomiarach główki. Jest to niezmiernie ważne; gdy wymiar

dwuciemieniowy główki odpowiada zaawansowaniu ciąży - wówezas

rozpoznajemy tzw. wodogłor<#ie wewnętrzne. Małogłowie można

rozpoznać za pomocą ultrasonografii, prowadząc analizę

cotygodniowych pomiarów główki płodu (wymiar dwuciemieniowy).

Zatrzymanie ###zrostu na pewnym etapie może świadezyć o wystąpieniu

tej wady. Przepuklinę oponowo-mózgową można rozpoznać jako

charakteryśtyczne echo (;,worek wypełniony płynem lub tkanką

mózgową"), wychodzące z kości pokrywy czaszki w części potylicznej

lub czołowej. Rozszezep kręgosłupa w obrazie USG rozpoznaje się na

podstawie wyglądu kręgosłupa (normalnie kręgosłup w przekroju

podłużnym ma wygląd dwu linii ciągłych równoległych, a w przekroju

poprzecznym - litery O).

237

Przy rozszczepie kręgosłupa w przekroju podłużnym w danym miejscu

następuje załamanie linii i przerwanie ciągłości na określonym

odcinku. Często może być uwidoczniona przepuklina oponowo-rdzeniowa

jako dodatkowe półkoliste echo nad miejscem uszkodzenia. Natomiast

w przekroju poprzećznym w miejscu rozszczepu kręgosłup ma

charakterystyczny wygląd litery "V" lub "U". Badaniem USG można

również rozpoznać inne anamalie kośćca płodu, jak np.: brak lub

skrócenie kości kończyn (na padstawie liczby palców, pomiaru

długości poszczególnych kości kończyn), niedorozw„j poszczególnych

grup kostnych, a nawet z„burzenia w uwapnieniu kośćca. W obrębie

narządów 'klatki piersiowej za pomocą USG są rozpoznawane torbiele

lub przepukliny przeponowe. Obecne ultrasonografy pozwalają na

rozpoznanie wad serca płodu, wad przewodu pokarmowego i innych.

Dość częste są an-omalie wy#ikające z braku ciągłości przedniej

ściany brzucha (przepuklina pępkowa i pępowinowa, wytrzewienie

jelit). Osobną grupę stanowią zaburzenia układu moczowo-płciowego.

Za pomocą USG można stwierdzić: niedorozwój nerek, wodanercze jedno-

lub dwustronne, którym często towarzyszy wodobrzusze,

torbielowatość nerek itd. Z anomalii narządów płciowych możliwe

jest rozpoznanie wodniaków jąder. Unowocześnienie aparatury

ultrasonograficznej pozwoliło na rozwój i stosowanie chirurgii

płodu w takich przypadkach, jak wodonercze czy wodogłowie.

ALFA-FEłÓ#PROłEINA W DIAGNOSłYCE OłWARłYCH WAD OŚRODKOWEGO UKŁADU

NERWOWEGO

Istotną rolę w rozwoju diagnostyki prenatalnej odegrało wykrycie

przez Brocka w 1972 r. zwiększen;ia zawartości alfa-fetoproteimy w

wodach płůodowych i surowicy ciężarnej w przypadku bezmózgowia.

Obserwacja ta została potwierdzona doniesieniami innych autorów.

Zwiększenie zawartości tego białka zaobserwowano również w

rozszczepie kręgosłupa z przepukliną mózgowo=rdzeniową, zarośnięciu

przełyku, ciąży mnogiej, nerczycy wrodzonej. Alfa-fetoproteina

(AFP) wytwarzana jest przez pęcherzyk żółtkowy płodu, a następnie

przez komórki miąższu wątroby. Występowanie tego białka w tkankach

i w surowicy płodu oraz w płynie owodniowym i surowicy ciężarnej

jest stanem fizjologicznie prawidłowym. W surowicy krwi

nieciężarnych kobiet białko to występuje w stężeniu mniejszym niż

5 wg/ml i wykrywalne jest jedynie za pomocą technik

radioimmunologicznych. W czasie ciąży białko to przenika przez

barierę łożyskową z krwiobiegu płodu do krwiobiegu matki i

występuje w stosunkowo dużych ilościach w płynie owodniowym.

Stężenie AFP w surowicy krwi płodu osiąga maksymalną wartość 3 - 5

mg/ml ok. 14 tygodnia ciąży. W wodach płodowych maksymalna

zawartość tego białka wynosi 30 #g/ml (między 13 i 14 tygodniem

ciąży). W surowicy ciężarnej białko to staje się wykrywalne w ósmym

tygodniu ciąży, a maksymalne stężc'mie 200 ng/ml osiąga w 32

tygodniu ciąży. Występowanie zwiększonego stężenia AFP w surowicy

ciężarnej i płynie owodniowym jest znamiennie skorelowane z

występowaniem wad ośrodkowego układu nerwowego u płodu, dlatego też

oznaczanie AFP w płynie owodniowym i surowicy aiężarnej jest

właściwym testem w diagnostyce prenata1nej tych wad. Oznaczanie AFP

w surowicy jest traktowane jako badanie przesiewowe, natomiast

określenie stężenia AFP w płynie owodniowym jest jednym z głównych

badań, na podstawie którego ustala się diagnozę.

Ryc. 105. Dynamika zmian stężenia a-fetoproteiny (AFP) w wybranych

płynach ustrojowych w przebieg# ciąży prawid#owej (wg Sepp„la).

W praktyce zdarzają się wypadki wyników fałszywie pozytywnych i

fałszywie negatywnyeh, dlatego też przy interpretacji uzyskanych

wyników zawartości AFP należy uwzględnić naśtępujące problemy: 1.

Zanieczyszczenie płynu owodniowego krwią płodową - stężenie AFP w

krwi płodowej jeśt 150 - 300 razy większe niż w płynie #wodniowym.

2. Prawidłowe określenie wieku ciąży - normy opracowane są dla

poszczególnych tygodni ciąży. 3. Możliwość wystąpienia innych zmian

patologicznych płodu, które wpływają na zwiękśzenie stężenia AFP.

Biorąc pod uwagę powyższe zastrzeżenia, mależy posługiwać się

równolegle inną metodą biochemiczną, jaką jest określenie stężenia

specyficznej acetylocholinoesterazy i profilu elektroforetycznego

jej izoenzymów.

AKłYWNOSĆ ACEłYLOCHOLINOE#łERAZY W PŁ#NIE OWODNIOWYM

W WADACH OSIćODI#OWEGO UKŁADU NERWOWEGO

Bardzo przydatną metodą pozwalającą wykryć wady o.u.n. jest metoda

oparta na pomiarze aktywności acetylocholinoesterazy (AChE) w

płynie owodniowym. W Centrum Zdrowia Dziećka opracowano normy dla

tego enzymu w tych tygodniach ciąży, w których przeprowadza się

diagnostykę prenatalną (tab. 50). Aktywność acetylocholinoesterazy

oznacza się wstępnie metodą Ellmana. Aktywność AChE jest niezależna

od wieku ciąży ani od ewen

289

'ł a b e I a 50. Wartości stężenia esterazy eholinowej (AChE) i a-

fetoproteiny (AFP) #w głyůnie owodniowym dla poszczególnych

t.ygodni ciąży (dane opracowane w Cen- #rum Zdrow ia Dziecka)

tualnego zanieczyszczenia krw#ą płodową w czasie pobierania płynu

owod:niowego, pańieważ stężenie AChE we krwi pępowinowej jest małe.

Jeśli stężenia AFP lub AChE są zwiększone, należy wykonać

elektroforezę na żelu poliakrylam#dowym izoenzymów AChE z płynu

owodniowego. Pozwala ona na identyfikację tworzącego się w

patologicznym przebiegu ciąży prążka specyficznej

acetylocholinoesterazy, ujawniającego się w elektroforezie.

Rozdział elektroforetyczny można przeprowadzić niezależnie od

pre#yzyjnego określenia wieku aiąży, a także od zanieczyszczeń

płynu owodniowego krwią płodową. Badanie to wydaje się być

najbardziej wiarygodnym testem w razie podejrzenia o wystąpienie

wady ośrodkowego układu nerwowego.

Ryc. 106. Profile izoenzymów acetylocholinoesterazy AChE w żelu

poliakrylamidowym: 1 - prążki odpowiadające ciążom obciążonym

otwartą wadą OUN u płodu (dwa pasma aktywności), 2 - prążek

charakterystyczny dla ciąż prawidłowych (jedno pasmo aktywności).

240

DIAGNOSłYKA BLOKÓW MEłABOLICZNYCH I SCHORZEl# T UWARUNKOWANYCH

GENEłYCZNIE

Bloki metaboliczne są chorobami genetycznymi częściej powodowanymi

przez zmianę genu niż jego brak. Czasami zmiana dotyczy

pojedynczego nukleotydu. Zmieniona informacja g#'tetyczna powoduje

powstanże białka z brakiem lub zmniejszeniem aktywności

enzymatycznej. Zaburzenia meta15oliczne należą do schorzeń

ciężkich, których leczenie jest najczęściej mało skuteczne, stąd w

przypadkach podejrzanych o schorzenie metaboliczne wskazana jest

diagnostyka prenatalna. Ze względu na znaczną liczbę jednostek

chorobowych, z których każda wymaga adrębnej procedury

diagnostycznej, nie prflwadzi się badań przesiewowych na szeroką

skalę. Zaleca się prowadzenie badań prenatalnych w kierunku

określonych jednostek chorobowych u kobiet, które urodziły

poprzednie dziecko obciążone wadą metabolieną lub w razie

wystąpienia wad w rodzinie pacjentki.

a b e 1 a 51. Genetycznie uwarunkowane schorzenia metaboliczne,

które są di#nozowane za pomocą biopsji trofoblastu

Jednostka chorobawa

#. #v#eaoAor aezaminazy adenozynowej

2. Arginino-bursztynuria

3. Cytrulinemia

4. Chondtod7)splasża punctata

5. Zespół nadnerczowo-płciowy

6. Cystynoza

7. Choroba Fabry'ego

8. Zespół Fanconiego - typ I

9. Galaktozemia

10. Choroba Gauchera

11. Acyduria glutarowa - typ I

12. Glikogenoza II (choroba Pompego)

13. Glikogenoza III

14. Gangliozydaza GMI 15. Gangliozydaza GM2

typ I - Taya i Sachsa

typ II - Sandhoffa

16. Hipofosfatazja

17. Choroba Krebsa

18. Zespół Lescha i Nyhana

19. a-Mannozydaza 20. á-Mannozydaza

21. Choroba syropu klonowego

22. Zespół Menkesa

23. Leukodystrofia metachromatyczna

24. Acydemia metylomalonowa

25. Mukolipidoza I 26. Mukolipidoza II

2?. Mukopolisacharydoza I (zespół Hurler)

28. Mukopolisacharydoza II (zespół Huntera) 29. Mukopolisacharydoza

III (zespół Sanfilippo) 30. Mukopolisacharydoza VI (zespół

Moroteaux-Lamy) 31. Mul#opolisacharydoza VII 32. Kompleksowy

niedobór sulfatazy

33. Choroba Niemanna i Picka

34. Acydemia propionowa

35. Choroba Refsuma

36. Tyrozynemia - typ I

3?. Choroba Wolmana 38. Zespół Zellwegera

16 - Zarys genetyki

241

Diagnostykę prenatalną można wykonywać, badając komórkd hodowane i#

vitro pochodzące z płynu owodniowego lub stosując materiał nie

wymagający hodowli, jakim jest trofoblast. Do tej pory diagnostyka

prenatalna wykonywana była głównie w II trymestrze ciąży. Ze

względu na późny okres uzyskiwania wyników diagnozy (ok. 20 - 22

tydzień ciąży), obecnie w#rowadza się badania diagnostyczne na

materiale nie hodowanym, pobranym pomiędzy 8 a 11 tygodniem ciąży.

Dzięki wprowadzeniu badań diagnostycznych w I trymestrze ciąży,

wynik badania uzyskiwany jest znacznie wcześniej - ok. 12 tygodnia

ciąży i korzystniejsze są warunki rozwiązywania ciąży obciążonej

wadą metaboliczną (tab. 51). Badania diagnostyczne wykonywane są

technikami biochemicznymi, polegającymi na pomiarach aktywności

enzymatycznych w hodowanych komórkach z wód płodowych albo w

komórkach trofablastu lub z zastosowaniem najnowszych technik

inżynierri genetycznej. Konwencjonalne metody biochemiczne nie

zawsze są w stanie dać stuprocentową diagnozę. Powodowane to jest

tym, że niektóre enzymy występują w ilościach śladowych. Rozwój

technik inżyniezńi genetycznej umożliwia dokładną diagnozę wielu

jednostek chorobowych, których liczba stale wzrasta. Metody

inżynierii genetycznej opierają się na badaniu DNA. Do analizy

wystarczy 10 wg kwasu dezoksyrybonukleinowego, który można

wydzielić już z 10 - 20 mg tkanki trofoblastu. Badanie DNA

chromosomowego umożliwia wykrycie: a. Mutacji punktowej - np.

niedokrwistość sierpowatokrwinkowa wywoływana jest przez mutację

punktową w genie #-globiny, która to spowodowała wymianę kwasu

glutaminowego na walinę w pozycji 6 od końca N-terminalnego.

Mutacja punktowa, która jest przyczyną tej choroby, usuwa także

miejsce rozpoznawane przez endonukleazę restrykcyjną, co powoduje

powstanie fragmentów DNA o innej długości niż w przypadku osóh

zdrowych lub nosicieli. W ten sposób przy zastosowaniu

specjalistycznych technik inżynierii genetycznej można ustalić

rozpoznanie tej jednostki chorobowej. b. Delecji - np. w a-

tałassexnii choroba manifestuje się zmniejszoną syntezą a-globiny,

co jest spowodowane najczęściej delecją jednego lub więce# genów a-

globiny. W warunkach fizjologicznych występują cztery geny dla a-

globiny i są zlokalizowane na krótkich ramionach chromosomu 16.

Diagnostyka prenatalna możliwa jest na podstawie analizy DNA z

zastosowaniem metod inżynierii genetycznej (RFLP - restriction

fragment length polymorphism, polimorfizm długości fragmentów

restrykcyjnych). c. Najczęściej stosowana metoda wykrywania

zaburzeń genetycznych polega na wspomnianym wyżej badaniu

polimorfizmu (zmienności) fragmentów restrykcyjnych sprzężonyeh ze

zmutowanym genem. Różnice w sekwencjach niekodujących DNA są

powszechne w genomie ludzkim. Nie dają one żadnych zmian w

fenotypie organizmu, ale wpływają na długość fragmentów DNA

powstającyeh po cięciu enzymami restrykcyjnymi. Ta nieszkodliwa

zmienność genetyczna powoduje polimorfizm długości fragmentów

restrykcyjnych (RFLP). Zastosowanie badania polimorfizmu fragmentów

restrykcyjnych DNA w diagnostyce chorób jednogenowych może miee

miejsce nie tylko w wypadku chorób, gdzie gen i rodzaj mutacji (jak

w niedokrwistości sierpowatokrwinkowej) są znane, ale również tam,

gdzie gen jest znany, tzn. sklonowany, ale rodzaj defektu nie jest

znany. Hemofilia B. Diagnostykę prenatalną można przeprowadzić

przez korelację w danej rodzinie niefunkcjonalnego genu z

polimorfizmem długości fragmentów restrykcyjnych. Również

sprzężenie polimorfizmu fragmentów restrykcyjnych z uszkodzonym

genem może być wykorzystane w diagnostyce.

242

Schorzenia występujące w blokach metabolicznych można podzielić na

zwią- zane z przemianą: 1) lipidów, 2) wgglowodanów, 3)

aminokwasów, 4) muko- polisacharydów.

ZABURZENIA PRZEMIANY LIPIDbW

Schorzenia te są związane z zaburzeniami ośrodkowego układu

nerwowego. Do najwcześniej poznanych chorób należy gangliozydoza

GM2, zwana chorobą Taya i Sachsa. Przyczyną powstania tego bloku

jest całkowity brak enzymu á-heksozaminidazy A, co powoduje

gromadzenie się w komórkach nerwowych gangliozydów. Inną wcześnie

znaną i rozpoznawaną prenatalnie chorobą jest leukodystrofia

metachromatyczna. W schorzeniu tym następuje nagromadzenie się

sulfatydów siarczanu cerebrozydu w ośrodkowym i obwodowym układzie

nerwowym, a przyczyną tego jest brak aktywności arylosulfatazy A.

W chorobie Niemanna i Picka następuje odkładanie w różnych

narządach sfingomielin z powodu braku aktywności enzymu

sfingomielinazy, która w warunkach prawidłowych uczestniczy w

katabolizmie sfingomieliny. Stężenie tego enzymu obecnie może być

określane prenatalnie. W chorobie Gauchera następuje odkładanie w

komórkach układu siateczkowo-śródbłonkowego i układu nerwowego

glukocerebrozydów z powodu braku aktywności enzymatycznej

glukocerebrozydazy (á-D-glukozydazy). W komórkach z wód płodowych

można oznaczyć stężenie cerebrozydazy.

ZAHURZENIA PRZEMIANY W#GL'flWODANbW

Węglowodany stanowią w naszej diecie jeden z głównych składników

służących zaspokojeniu potrzeb energetycznych organizmu. Dla plodu

jest to prawie jedyne źródło energii, toteż zaburzenia tych szlaków

metabolicznych wywołują daleko idące zmiany. Jednym z bloków

metabolizmu węglowodanów jest galaktozemia. Jest to wrodzona,

uwarunkowana genetycznie autosomalna i recesywna wada, polegająca

na nieprawidlowej przemianie galaktozy. W przemianie galaktozy

wyróżnia się dwa bloki metaboliczne, związane z brakiem aktywności

dwóch enzymów : a) urydylilotransferazy heksozo-1-fosforanowej,

b) galaktokinazy.

Galaktozemia często, chociaż nie zawsze, prowadzi u dziecka do

objawów klinicznych z upośledzeniem umysłowym włącznie. Diagnostyka

prenatalna tego schorzenia umożliwia urodzenie normalnego dziecka

dzięki zastosowaniu przez matkę odpowiedniej diety. W oznaczaniu

aktywności urydylilotransferazy i galaktokinazy stosowane są metody

izotopowe, które są niezwykle czułe i wymagają małej ilości

materiału. Pomimo stosowania metody izotopowej w oznaczaniu

omawianych aktywności urydylilotransferazy i galaktolcinazy

występują bardzo duże rozrzuty w wynikach, tak że określenie

średniej aktywności w przypadku heterozygoty jest dość trudne. O

wystąpieniu galaktozemii może świadczyć brak aktywności

urydylilotransferazy galaktozo-1-fosforanowej lub galaktokinazy.

Objawy kliniczne galaktozemii: marskość wątroby, zaćma, opóźnienie

rozwoju umysłowego. Inny blok metaboliczny, zwany chorobą

glikogenową, związany jest z nieprawidłowością przemiany glikogenu,

który gromadzi się w wątrobie, nerkach i mięśniu sercowym. Pod

względem klinicznym glikogenozy dzielą się

243

na 7 typów, zależnie od bloków w różnych punktach szlaku przemiany

glikogenu. Choroba Pompego uwarunkowana jest przez autosomalny gen

recesywny odpowiedzialny za syntezę kwaśnej maltazy, czyli

alfa-1,4-glukozydazy. Brak tego enzymu powoduje nagromadzenie się

glikogenu, co nadaje komórkom mięśni piankowaty wygląd. Choroba

Pompego może być diagnozowana prenatalnie w komórkach z wód

płodowych. Choroba Forbesa i Coriego, inaczej glikogenoza typu III,

jest schorzeniem uwarunkowanym genetycznie, związanym z niedoborem

enzymu amylo-1,6-glukozydazy, który w warunkach prawidłowych

odpowiedzialny jest za hydrolizę wiązania 1,6-glukozydowego. W

razie braku tego enzymu dochodzi do gromadzenia się glikogenu o

nieprawidłowej strukturze.

ZABURZENIA PRZEMIANY AMINOKW#S66V

Aminokwasy odgrywają niezmiernie istotną rolę w metabolizmie

organizmu. Są one podstawowymi jednostkami budulcowymi białek,

barwników, hormonów. Homoeystynuria - choroba dziedziczona

autosomalnie recesywnie. Trzy defekty enzymatyczne mogą prowadzić

do homocystynurii: 1. Syntazy cystationinowej (typ I).

2. Metylotransferazy N5-metylohydrofoliowej (typ I1).

3. Reduktazy N-metylo-tetrahydrofoliowej (typ III).

W przypadku zaburzenia zwanego cystynozą nieznana jest przyczyna

gromadzenia się cystyny w lizosomie komórek siateczkowo-

śródbłonkowych, w rogówce oka, wątrobie, nerce. Zaburzenie to może

być diagnozowane prenatalnie w komórkach fibroblastów. Hodowlę

fibroblastów prowadzi się w obe#ności znakowanej cystyny e5S i po

kilkudniowej inkubacji można dokonać #omiarów stężeń cystyny

znakowanej 85S w hodowanych komórkach metodą autoradiografii.

Acyduria metylomalonowa jest chorobą uwarunkowaną genetycznie,

autosomalnie i recesywnie, związaną z niedoborem enzymu

metylomalonylomutazy. W warunkach prawidłowych enzym mutaza S-

metylomalonylo-CoA przekształca L-metylomalonylo-CoA w bursztynylo-

CoA. Morrow i inni w 1969 r. wykazali, że piętno "C-propionianu w

hodowlach fibroblastów chorego człowieka gromadzi się w

metylomalonianie, co potwierdza miejsce tego bloku.

Dobrze poznanym blokiem metabolicznym rozpoznawanym prenatalnie

jest rhoroba syropu klonowego (ketoacyduria). Jej częstotliwość

występowania wynosi 1:250 000 żywo urodzonych dzieci w przypadku

homozy#ot i 1:250 w przypadku heterozygot. Przyczyną choroby jest

brak enzymu dekarboksylazy leucyny odpowiedzialnego za

dekarboksylację aminokwasów rozgałęzionych (walina, leucyna,

izoleucyna). Komórki chorych tkanek nie metabolizują aminokwasów

rozgałęzionych. Wendel i wsp. opracowali diagnostykę prenatalną

tlla ketoacydurii. Polega ona na inkubacji komórek hodowanych ze

znakowanym ketokwasem. Cytrulinemia - choroba wynikająca z braku

aktywności syntetazy arginino#ursztynianu. Można brak tej

aktywności stwierdzić w hodowlach fibroblastów skóry.

#ABURZENIA PRZEMIANY MUKOPOLISACI-IARYDbW

Mukopolisacharydozy należą do wrodzonych wad metabolicznych

dziedziczonych w sposób recesywny, autosomalny lub sprzężony z

płcią. Objawem kli

244

nicznym jest gromadzenie w lizosomach mukopolisacharydów, które w

prawidłowych przemianach ulegają degradacji przy udziale enzymów

lizosomalnych. Klasyfikacja tej grupy sehorzeń oparta jest na

rodzaju wydzielanych z moczem mukopolisacharydów, objawach

klinicznych (niedorozwój umysłowy, zmiany szkieletowe, zmętnienie

rogówki) i rodzaju uszkodzonego białka enzymatycznego. Obecnie

znanych jest 7 głównych grup mukopolisacharydoz. Mukopolisacharydy

(glikozaminoglikany) są to związki wielkocząsteczkowe,

długołańeuchowe, zbudowane z dwuczłonowych podjednostek heksozaminy

i kwasu uronowego. W warunkaeh fizjologicznych związki te są

degradowane w ściśle ustalonej kolejności. Brak kolejnego enzymu w

łańcuchu degradacji powoduje niemożliwość dalszego rozkładu

związku, który odkładany jest w lizosomach. Diagnostyka prenatalna

możliwa jest dzięki badaniom stężenia enzymów zarówno w hodowanych

komórkach płynu owodniowego, jak i w komórkach trofoblastu. Zespół

Hurler (MPS I H) - choroba dziedziczona autosomalnie i recesywnie.

Gzęstość występowania tej jednostki szacuje się na 1 - 2 na ok. 100

000 żywo urodzonych. Przyczyną tej choroby jest brak aktywności

enzymu a-L-iduronidazy, która może zostać oznaczona za pomocą metod

spektrofotometrycznych. Zespół Huntera (MPS II) - sehorzenie

dziedziczone jako recesywne i sprzę#one z płcią. Gzęstość

występowania 1:100 000 żywo urodzonych. Przyezyną choroby jest brak

lub zmniejszenie aktywnośei sulfatazy siarezanu iduronianu.

Aktywność tę można określać za pomocą technik izotopowych. Zespół

Sanfilippo (MPS III) - dziedziczony w sposób autosomalny,

recesywny. Częstość występowania szacuje się na 1:24 000 urodzeń.

Kliniczne objawy polegają na niedorozwoju umysłowym przy

niewielkich zmianach fizycznych. Zespół ten nie jest jednorodny -

opisano 4 typy (A, B, C, D}. W typie A występuje defekt enzymu

sulfatazy siarezanu heparanu i wydalany jest siarezan heparanu.

Diagnostyka prenatalna możliwa jest przy zastosowaniu metod

izotopowych. W typie B - brak aktywności N-acetylo-a-D-

glukozaminidazy. Aktywność enzymatyczną można oznaczać metodą

spektrofotometryczną. W typie C brak aktywności acetylotransferazy

glukozaminowej. Substaneją spichrzaną i wydalaną w nadmiarze jest

również siarezan heparanu. W typie Sanfilippo D defekt dotyczy N-

acetylo-a-D-glukozamido-6-sulfatazy. Produkt spichrzania i

wydzielania jak w poprzednich rodzajach. Zespół Morquio (MPS IV) -

dziedziezony w sposób autosomalny, recesywny, występuje dość

rzadko. Pacjenci dotknięci tą chorobą charakteryzują się normalną

inteligeneją przy znacznej karłowatości. Przyczyną ehoroby jest

brak lub zmniejszenie aktywności sulfatazy N-acetylo-heksozamino-6-

siarezanu, co można określić za pomocą technik izotopowych. Zespół

Seheiego (MPS I S) - dziedziczony w sposób autosomalny, recesywny.

Osoby dotknięte tą chorobą charakteryzują się niewielkimi

zaburzeniami wzrostu przy normalnym rozwoju umysłowym. Oceniana

jest aktywność a-L-iduronidazy. Zespól Moroteaux-Lamy (MPS VI) -

choroba dziedziczona w sposób autosomalny i recesywny, a możliwość

diagnostyki prenatalnej oparta jest na oznaezaniu stężenia

sulfatazy N-acetylogalaktozamino-4-siarezanu. Aktywność tego enzymu

jest identyczna z aktywnością arylosulfatazy B. Zespół MPS VII -

dziedziczony w speosób autosomalny, recesywny. Jednostka

manifestuje się brakiem aktywności á-glukuronidazy, który w fizjo

245

logicznych warunkach hydrolizuje á-glukuronową podjednostkę.

Aktywność zmutowanego enzymu może być badana metodami

fluorescencyjnymi lub spektrofotometryeznymi. Gen dla enzymu á-

glukuronidazy został zlokalizo- wany na 7 chromosomie.

SCHORZENIA SPRZ#ŻONE Z CIiROMOSOMEM X

Oddzielną grupę sehorzeń stanowią w diagnostyce prenatalnej choroby

sprzężone z chromosomem X. Ich nosi#ielkami są kobiety. W

potomstwie kobiety nosicielki 50o/o synów jest chorych, 50o/o córek

to także nosicielki jak matki. Do chorób tych należą między innymi:

hemofilia A i B, niedobór dehydrogenazy glukozo-6-fosforanowej,

choroba Leseha i Nyhana, moczówka prosta przysadkowa i nerkowa.

Podobnie jak cechy w przekazywaniu autosomalnym, cechy

determinowane przez geny zlokalizowane w chromosomie X mogą być nie

tylko recesywne, ale również - chociaż rzadziej - dominujące. W

przeciwieństwie do reeesywnego dziedziczenia sprzężonego z plcią

geny dominujące sprzężone z płcią wywołują zmiany chorobowe zarówno

u mężezyzn, jak i u kobiet, z tym że u kobiet dwukrotnie częściej

niż u mężezyzn. Skutki przekazywania eeeh sprzężonych dominujących

warunkowanych genami zlokalizowanymi w chromosomie X przedstawiają

się następująco: 1. Wszyscy synowie chorego ojca są zdrowi,

wszystkie córki chore. 2. U dzieoi matki heterozygoty sehorzenie

występuje w stosunku 1 :1 niezależnie od płci dzieci, jeśli ojciec

jest zdrowy. 3. Jeśli chorzy są ojciec i matka, to wszystkie córki

są obciążone chorobą, natomiast ryzyko wystąpienia sehorzenia u

synów wynosi 1 :1. 4. Wszystkie dzieci homozygotycznej chorej matki

są obeiążone. Diagnostyka prenatalna sehorzeń sprzężonych z

chromosomem X była przez dłuższy czas, do czasu wprowadzenia

diagnostyki molekularnej, połowiczna i polegała na oznaczaniu płci

płodu. Stwierdzając płeć żeńską wykluczano w ten sposób choroby.

Stwierdzenie płci męskiej prowadziło często do rezygnacji z ciąży,

bo wiązało się z przewidywaniem 50o/o prawdopodobieństwa choroby.

Równolegle do tego usiłowano pobierać do badania krew z pępow vny

lub naczyń łożyska płodu, głównie za pomocą fetoskopii. Od kilku

lat diagnostyka prenatalna oparta jest na genetyce molekularnej, a

głównie na wykorzystaniu zjawiska polimorfizmu długości fragmentów

restrykcyjnych DNA. Jako przykład diagnostyki prenatalnej chorób

sprzężonych z chromosomem X może służyć postępowanie we wspomnianej

już poprzednio hemofilii B. Choroba spowodowana jest brakiem

czynnika IX, białka uczestniczącego w procesie krzepnięcia krwi.

Odpowiadający jej gen jest zlokalizowany w chromosomie X, ale nie

wyjaśniono jeszeze natury mutaeji w genie uszkodzonym. Diagnostykę

prenatalną można przeprowadzić przez korelację niefunkejonalnego

genu z polimorfizmem długości fragmentów restrykcyjnych. Defektywny

gen wykrywa się przez związek z obecnością specyfricznych miejsc

restrykeji różniących się od tych od naturalnego genu. Podobnie

wykrywa się upośledzenie umysłowe sprzężone z chromosomem X,

chociaż gen odpowiedzialny nie jest znany. W diagnostyce

prenatalnej zastosowano polimorfizm długości fragmentów

restrykcyjnych DNA wykryty przez sondy zlokalizowane w pobliżu tego

miejsca. Za pomoeą podobn#;ch metod możliwa jest diagnostyka

prenatalna dystrofii mieśniowej typzi Duchenne'a, której locus leży

w krótkim ramieniu chrom#somu X. Stwierdzono polimorfizm związany

z locus choroby.

246

SCHOftZENIA O NIE USłALONEJ EłIOLOGII

Mukowiscydoza (fżbrosżs cżst%ca CF - zwyrodnienie torbielowate) -

jest genetycznie uwarunkowaną ehorobą o nie ustalonej dotychczas

etiologii. Jest to jedna z najczęściej spotykanych chorób

metabolieznych rasy białej. Częstość występowania szacowana jest

1:2500 żywo urodzonych. Cechą charakterystyczną tej choroby jest

dysfunkcja gruczołów zewnątrzwydzielniczych, co prow# dzi do

uszkodzenia płuc, trzustki, niektórych narządów jamy brzusznej, jak

również gurczołów potowych. Mukowiscydoza objawia się w różnych

postaeiach i nieznany jest czynnik lub czynniki odpowiedzialne za

zmiany chorobowe. Przez dłuższy #as diag,nostykę prenatalną

mvkowiscydozy przeprowadzano oceniając aktywność enzymów rzęskowych

'y-glutaznylotranspeptydazy (GGłP) i fosfatazy alkalicznej (AF).

Metody te nie dawały mnżliwości uzyskania pełnej diagnozy. Obecnie

znany jest już gen, którego defekt odpowiedzialny jest za powstanie

mukowiscydozy. Zlokalizowany jest w długich ramionach chromosomu 7.

Poznane zostały sekwencje nukleotydów sąsiadujące z tym genem i za

pomocą znacznika polimorficznego dokonano molekularnej analizy genu

mukowiscydozy.

FEłOSKOPIA

Fetoskopia jest stosunkowo nowym badaniem, w czasie którego w II

trymestrze ciąży płód m#że być w prosty sposób uwidoczniony i za

pomocą którego mogą być póbrane do badań krew i różne tkanki

płod4we. W ostatnim czasie badanie to przechodzi z fazy

eksperymentalnej i przekształca się w jedną z głównych i stosunkowo

bezpiecznych forxn badań w diagnostyce prenatalnej. Stosowane jest

głównie do stwierdzenia małych zewnętrznych wad anatomicznych,

których nie udaje się wykryć techniką USG, oraz do pobierania krwi

i tkanek płodowych oraz rozpoznawania specyficznych właściwoś„

genetyenych nie dających się identyfikować przez badanie płynu

owodniowego uzyskanego za pomocą amztiopunkcji. Pierwsze

doniesienie o pomyślnie zakflńczonych próbach obserwacjż płodu

wewnątrz macicy pochodzą z lat pięćdziesiątych (Westin, Mori).

Obserwacje te poezyniono za pomocą sondy wprowadzonej do kanału

szyjki ma„cy. Walenti (1973 r.) przed histerotomią wykonywaną w II

trymestrze ciąży wprowadzał d# pęcherzyka płod4wego nieco

zmodyfikowany cystoskop pediatryczny i pod bezpośrednią kontrolą

wzroku pobierał skórę płodu oraz krew z naczyń pępowinowych.

Screarngrour (1973 r.) użył optycznego endosk4pu i zbadał 6 płodów

obarczonych ryzykiem wady kręgosłupa, których matki chciały ciążę

kontynuować, jeśli badanie nie wykazałoby zmian. U jednego płodu z

powodu trudności technicznych nie udało się przeprowadzić badania

i ciążę przerwano. W drugim przypadku pacjentka poroniła samoistnie

w dwa dni po badaniu. W pozostałych przypadkach ciąże rozwijały się

prawidłowo - trzy pacjentki urodziły dzieci zdrowe, ale czwarte

urodziło się z rozszczepem kręgosłupa. Pierwsze badaazie w pełni

udane i wykonane w znieczuleniu miejscowym przez brzuszne wejście

do macicy było dziełem Hobbinsa (1974 r.). Użył on sztywnego

endosk4pu (1,7 mm) firmy Dyonics i pod bezpośrednią kontrolą wzroku

pobrał krew płodową z naczynia kosmka łożyskowego. L Tżywając tych

samych narzędzi, Rodeck i Campbell pabierali krew płod#247 wą z

naczyń pępowiny. Następnie stosowano tę technikę do bezpośredniej

wewnątrznaczyniowej transfuzji krwi w przypadkach konfliktu Rh. Gdy

wykonuje się fetosk#pię diagnostyczną, należy pacjentki przed

zabiegiem poinformować o celach badania oraz o możliwych

powikłaniach i komplikacjach. Następnie należy przeprowadziE

dokładne badanże ultrasonograficzne, określając wiek ciąży,

położenie łożyska, położenie płodu oraz wykluczyć duże wady

anatomiczne płodu. W wadach sprzężonych z chromosomem X należy

wykonać amniocentezę, ponieważ w razie stwierdzenia płodu płci

żeńskiej fetoskopia jest nieprzydatna. Chociaż fetoskopia powinna

być przeprowadzona w jak najwcześniejszej ciąży, to jednak małe

rozmiary macicy i niewielka objętość wód pł#dowych nie pozwalają

(ze względu na bezpieczeństwo) na wcześniejsze wejście fetosk4pem

niż przed 15 tygodniem ciąży. Optymalnym okresem dla badania

anatomicznych struktur płodowych jest okres między 15 a 18

tygodniem ciąży. Pobieranie krwi płodu zazwyezaj opóźniamy do 20

tygodnia ciąży, ponieważ naczynia pępowinowe bardziej krwawią z

miejsca nakłucia, a utrata krwi płodowej jest proporcjonalnie

większa. Po 20 tygodniu obraz staje się zaciemniony (z powodu

żmętnienia wód płodowych), jednak jeśli tn k#nieczne, np. w

przypadku wewnątrznaeyniowej transfuzji krwi w konflikcie Rh,

fetoskopia jest przeprowadzana nawet w III trymestrze ciąży.

Festoskop jest sztywną rurką o średnicy 1,9 mm z układem stałych,

samoskupiających soezewek i włóknooptycznym źródłem światła. Dzięki

niemu można uzyskae powiększenie do 30 razy, w zależności od

odległości oglądanej tkanki.

Wykonanie. W celu zmniejszenia do minimum ruchbw płodu podajemy

matce środki uspokajające. Badaniem ultrasonograficznym określamy

położenie płodu, położenie łożyska i zaznaczamy miejsce, w ktbre

będzie wprowadzony fetoskop. Umiejscowienie łożyska na przedniej

ścianie nie jest przeciwwskazaniem do fetoskopii. Badanie może byE

przeprowadzone przez delikatne wprowadzenie fetoskopu pod lub z

boku łożyska, a często w tych przypadkach łatwiejszy jest dostęp do

naczyń pępowinowych. Po znieczuleniu miejscowym w pełnej aseptyce

nacinamy skbrę na długości ok. 3 mm, wprowadzamy kaniulę fetoskopu

z prowadnicą. PrawidłowośE wprowadzenia prowadnicy sprawdzamy,

obserwując czysty, przezroczysty płyn owodniowy. Następnie

wprowadzamy do kaniuli fetoskop i obserwujemy płód, ewentualnie

wykonujemy biopsję tkanki płodowej. Po zabiegu pacjentki pozostają

pod obserwacją 1 dobę. Przed wypisem należy przeprowadziE kontrolne

badanie ultrasonograficzne, sprawdzając stan płodu i objętośE wód

płodowych. Pobieranie krwi płodowej. Krew płodową w II trymestrze

ciąży możemy otrzymaE z naczyń kosmkowych lub z naczyń

pępowinowych. Poezątkowo pobierano krew płodową z naczyń

kosmkowych, ale częste występowanie trudności technicznych oraz

zanieczyszczenie krwią matczyną spowodowały, że obecnie pobiera się

krew naczyń pępowinowych. Aby pobraE krew płodową, należy wkłuE się

do macicy tak, aby uniknąE uszkodzenia łożyska. Po uwidocznieniu w

fetoskopie naczyń pępowinowych igłę wprowadza się przez boczny

kanał rurki fetoskopowej, przepłukuje fizjologicznym roztworem NaCl

w celu wykluczenia obecności płynu owodniowego, pod bezpośrednią

kontrolą wzroku igłę wprowadza się do światła naczynia i pobiera

się prbbkę czystej krwi płodowej. Następnie sprawdza się, czy w

pobranej prbbce nie ma krwi matczynej. NieobecnośE jej potwierdza

się laboratoryjnie testem Kleihauera. Pobieranie krwi z naczyń

pępowinowych jest zwykle łatwiejsze technicznie, pobrana krew nie

zawiera na ogbł domieszki krwi matczynej, nie powoduje to większych

krwawień. Badanie otrzymanej w ten sposbb krwi płodowej pozwala na

szeroką diagno

248

stykę chorób, m.in.: 1) hemoglobinopatii, 2) koagulopatii, 3)

bloków metabolicz-ů nych, 4) „nfekcji płodu, 5) ni.egrawidłuwości

kariotypu, 6) konfliktu Rh - ery= troblastoza płodowa, 7) dystrof

mięśniowej Duchenne'a. Bezpośredni dostęp do krążenia płodoweg4 już

od II trymestru ciąży stwarza ogromne możliwości lecznicze np. w

grzyp.adku konfliktu Rh.

BADANIE PŁODU

Fetoskopia jest bardzo przydatnym badaniem, szczególnie w

przypadkach wątpliwości nasuwającyeh się w czasie badania

ultrasonograficznego. Również w razie stwierdzenia istnienia małych

nieprawidłowości struktur anatomicz= nych płodu, które nie dają się

rozpoznać ultrasonograficznie. Do najczęście# wykrywanych za pomocą

bezpośredniego oglądania płodu wad należą: defekty twarzy, rąk,

kręgosłupa oraz zaburzenia w różnicowaniu płci. W razie

stwierdzenia we krwi matki lub w płynie owodniowym zwiększone#:

zawartości a-fetoproteiny, a niestwierdzenia przy tym żadnyeh

nie#prawidłfl= wości badaniem ultrasonograficznym - fetoskopia jest

znakomitym badaniem uzupełniającym.

nie skóry płodu. Biopsja skóry jest stosowana do prenatalnej

diagnozy niektórych dziedzicznych schorzeń skóry, jak: pęcherzyca,

rybia łuska. W wielu chorobach zmiany skórne są częścią klinicznego

obrazu choroby, np. zespół Sj”grena; i w tych przypadkach biopsja

skóry za pomocą fetoskopii również znajduje za= sWsowanie. Biopsja

wątroby płodu. W niektórych przypadkach biopsja wątroby jest

konieczna dla diagnozy choroby, np. stwierdzenia braku

karbamoilotransferazy ornitynowej możliwe jest tylko w wątrobie.

Brak tego enzymu zaburza cykl moczni= kowy, a intoksykacja

amoniakiem powoduje zgon płodów męskich w I tygodniu żyeia.

Pierwsze próby wykrycia tego schorzenia za pomocą biopsji wątroby

za= kończyły się powodzeniem i badania te są kontynuowane. Za

pomocą tej techniki próbowano diagnozowania niedoboru innych

specyficznych dla wątroby enzymów np. w fenyloketonurii. Obecnie

fenyloketonuria oraz hiperamonemia typu, III mogą być diagnozowane

prenatalnie za pomocą analizy DNA.

POWIKŁANIA

Fetoskopia wykonywana jest już w wielu ośrodkach medycznych i

coraz#. powszechniej stosowana, je.dnak trudno wypowiedzieć się

ostatecznie na te= mat stopnia ryzyka. Możliwyxni powikłaniami są:

1) uszkodzenie dużych naczyń macirznych, 2) uszkodzenie jelit, 3)

krwawienia, 4) immunizacja u matek z Rh(-). Ryzyko utraty ciąży na

dotychczas żebranym materiale określa się na około 10, np. Rodeck

i Nikolaides na 618 przypadkach mieli 3 zgony płodów w ciągu 48

godzin od badania, tj. 0,5o/o. Pierwszy zgon wkrótce po badaniu# z

powodu odklejenia łożyska, drugi z powodu arrznżonżtżs (36 h po

fetoskopii poród samoistny), trzeci z powodu błędu technicznego,

który spowodował uszkodzenie naczyń łożyskowych i krwawienie. Z

pozostałych przypadków 2a/o poroniło w ciągu 5 tygodni po

fetoskopii, ale związek przyczynowy trudno określić, gdyż ogblny

wskaźnik samoistnych porodów w tym okresie# ciąży wynosi 1,5o/o.

Fetoskopię należy traktować jako znakomite badanie uzupełniające w

diagnostyce prenatalnej oprócz badania ultrasonograficznego i

amniopunkcji. Wydaje się jednak, że badanie to znajdzie w

przyszłości zastosowanie głównie w terapii. W ostatnim okresie

wskazanża do fetoskop znacznie się zawężają. Za

24#

stykę chorbb, m.in.: 1) hemoglobinopatii, 2) koagulopatii, 3)

bloków metabolicz= nych, 4) „nfekcji płodu, 5) nieprawidłowości

kariotypu, 6) konfliktu Rh - ery- troblastoza płodowa, 7) dystrofii

mięśniowej Duchenne'a. Bezpośredni dostęp do krążenia płodoweg4 już

od II trymestru ciąży stwarza- ogromne możliwości lecznicze np. w

przypadku konfliktu Rh.

BADANIE PŁODU

Fetoskopia jest bardzo przydatnym badaniem, szczególnie w

przypadkach wątpliwości nasuwających się w czasie badania

ultrasonograficznego. Również w razie stwierdzenia istnienia małych

nieprawidłowości struktur anatomicz= nych płodu, które nie dają się

rozpoznać ultrasonograficznie. Do najczęściej wykrywanych za pomocą

bezpośredniego oglądania płodu wad należą: defekty twarzy, rąk,

kręgosłupa oraz zaburzenia w różnicowaniu płci. W razie

stwierdzenia we krwi matki lub w płynie owodniowym zwiększone##

zawartości a-fetoproteiny, a niestwierdzenia przy tym żadnych

nieprawidł-o= wości badaniem ultrasonograficznym - fetoskopia jest

znakomitym badanie. uzupełniającym.

Badanie skóry płodu. Biopsja skbry jest stosowana do prenatalnej

diagnozy nie-któryeh dziedzicznych schorzeń skóry, jak: pęcherzyca,

rybia łuska. W wielu cho= robach zmiany skórne są częścią

klinicznego obrazu choroby, np. zespbł Sj”grena" i w tych

przypadkach biopsja skóry za pomocą fetoskopii również znajduje

zastosowanie. Biopsja wątroby płodu. W niektbrych przypadkach

biopsja wątroby jest konieczna dla diagnozy choroby, np.

stwierdzenia braku karbamoilotransferazy orni-ů tynowej możliwe

jest tylko w wątrobie. Brak tego enzymu zaburza cykl moczni= kowy,

a intoksykacja amoniakiem powoduje zgon płodów męskich w I tygodniu

życia. Pierwsze próby wykrycia tego schorzenia za pomocą biopsji

wątroby zakończyły się powodzeniem i badania te są kontynuowane. Za

pomocą tej techni= ki prbbowano diagnozowania niedoboru innych

specyficznych dla wątroby enzymów np. w fenyloketonurii. Obecnie

fenyloketonuria oraz hiperamonemia typu, III mogą byE diagnozowane

prenatalnie za pomocą analizy DNA.

POWIKŁANIA

Fetoskopia wykonywana jest już w wielu ośrodkach medycznych i

coraz: powszechniej stosowana, jednak trudno wypowiedzieć się

ostatecznie na temat stopnia ryzyka. Możliwymi powikłaniami są: 1)

uszkodzenie dużych naczyń macicznych, 2) uszkodzenie jelit, 3)

krwawienia, 4) immunizacja u matek z Rh(-). Ryzyko utraty ciąży na

dotychczas że#ranym materiale określa się na# około 10, np. Rodeck

i Nikolaides na 618 przypadkach mieli 3 zgony płodów w ciągu 48

godzin od badania, tj. 0,5o/o. Pierwszy zgon wkrótce po badaniu# z

powodu odklejenia łożyska, drugi z powodu áłn1L7.0??,2t?.S (36 h po

fetoskopii poród samoistny), trzeci z powodu błędu technicznego,

który spowodował uszkodzenie naczyń łożyskowych i krwawienie. Z

pozostałyeh przypadków 2o/o poroniło w eiągu 5 tygodni po

fetoskOpii, ale związek przyczynowy trudno określić, gdyż ogblny

wskaźnik samoistnych porodów w tym okresie# ciąży wynosi 1,5o/o.

Fetoskopię należy traktować jako znakomite badanie uzupełniające w#

diagnostyce prenatalnej oprócz badania ultrasonograficznego i

amniopunkcji. Wydaje się jednak, że badanie to zzzajdzie w

przyszłości zastosowanie głównieů w terapii. W ostatnim okresie

wskazanża do fetoskopii znacznie się zawężają. Za

24#

#tosowanie sond molekularnych pozwala określić genotyp płodu na

pod-stawie analizy DNA w jądrach komórek z wód płodowych lub

komórek trofoblastu bez uciekania się do pobierania krwi

pępowinowej, łożyskowej za pomocą ultrasonografii. Biopsję skóry

płodu przeprowadza się pod kontrolą ltrasonograficzną. Za„iegi te

stoją na pograńiczu, lub nawet stanowią poeczątek chirurgii płodu.

Ewolucja diagnastyki prenatalnej w kierunku terapii i chirurgii

płodu jest optymistyczną wizją dla rozwoju genetyki klinicznej. Tak

wżęc nawet wiele lat prowadzona diagnostyka prenatalna ograni#rzona

w większości wypadków do wykrywania chorób, których nie

potrafiliśmy leczyć, przekształca się w medycynę terapeutyczną i

chirurgię płodu.

PODSUMOWANIE

#Omówiono znaczenie diagnostyki prenatalnej w profilaktyce

wrodzonych wad płodu. Zwrócono szczególną uwagę na schorzenia

wywołane aberracjami chromosomalnymi oraz wady ośrodkowego układu

nerwowego. Opisano sposób postępowania w prowadzeniu diagnostyki

prenatalnej ze zwróceniem :szczególnej uwagi na diagnostykę

prenatalną wad ośrodkowego układu nerwowego. Przedstawiono również

zasady rozpoznawania prenatalnie bloków metabolicznych. Zwrócono

uwagę, że postęp w zakresie diagnostyki prenatalnej polega na

wprowad#eniu ultrasonografii, udoskonaleniu metod barwie.nia

chromosomów, techniki hodowli chromosomów oraz wprowadzenia

mikrotechnik w batlaniach biochemicznych. Zastosowanie fetoskopii

rozszerzyło #akres wykrywanych prenatalnie schorzeń. XVI.

Zastosowanie metod genet#ki molekularnej w diagnost#ce chorób

genet#czn#ch

"Przem#siaw Czerskż

Współczesny stan wiedzy o organizacji genomu i strukturze genów

uzyskano dzięki opracowaniu technik izolacji fragmentów DNA, ich

oczyszczania i anaiizy oraz manipulacji nimi w żywych komórkach.

Metody te, określane jako techniki rekombinacjż DNA, są coraz

szerzej stosowane w diagnostyce chorób genetycznych. Jeśt to nowe

podejście, które różni śię zasadniczo od tradycyjnego p4stępowania.

To ostatnie opiera się na badaniu cech fen#typu i WI1'loskowaniu na

ich podstawie o genotypie. Diagnostyka z użyciem technik

rekombinacji DNA oparta jest na badanżu fizycznych nośników

informacji genetycznej i wnioskowaniu na tej podstawie o fenotypie.

Zasadniczą zaletą tego postępowania jest możliwość rozpoznania

chorób genetycznych w okresie przedobjawowym, zanim doszło do

ekspresji genów, a więc, zanim eeehy zakodowane w genotypie

ujawniły się w strukturze i/albo funkcjach organizmu. Jest to więc

postępowanie z wyboru w diagnostyce prenatalnej. W połączeniu z

biópsją kosmówki można rozpoznać choroby genetyczne płodu w 8 - 10

tygodniu ciąży. Można również wcześnie rozpoznawać choroby, które

ujawniają się w późniejszych okresach życia, jak np. pląsawica

Huntingtona (typowo po 38 roku życia) lub choroba Alzheimera (65

lat). Mflżna wreszcie rozpoznać predyspozycje do #horób, których

ujawnienie się wymaga współdziałania czynników środowiska. Postępy

w tej dziedzinie są niezwykle szy^bkie. Rośnie liczba jednostek

rozpoznawalnych z zastosowaniem technik rekombinacji DNA. Coraz

więcej odczynników, niekiedy w postaci zestawów diagnostycznych,

jest dostępnych #v handlu. Metody laboratoryjne ulegają

uproszczeniu i aut#matyzacji. Szczegółowe apisy uległyby szybko

dezaktualizacji. Toteż niniejszy rozdział ma na celu krótkie

przedstawienie zasad i zastosowań technik rekombinacji DNA w

diagnostyce genetycznej według stanu z początku 1987 roku. Należy

przewidywać, że w najbliższej przyszłości zostaną opracowane metody

terapii genowej oparte na tych technikach. Obecnie jednak

zastosowania te są w stadium prób doświadczalnyeh i omówienńe ich

przekracza ramy tego rozdziału.

ZASADY TECHNIK REKOMBINACJI DNA

8adania diagnostyczne mają na celu wykazanie obecności lub

nieobecności okre#lonych sekwencji nukleotydów zlokalizowanych w

określonych obszarach (domenach) genomu. Podstawowym materiałem do

badań jest DNA zvyiz#lowany z komórki. Rzadziej bada się DNA

zawarty w chromosomach.

2.51

Ostatnio podjęto próby zastosowania do celów klinicznych

ilflściowych badań ekspresji genów. Zawartość DNA w badanym

materiale można określać za pomocą masy lub liczby par nukleotydów.

Ten ostatni sposób dogodniejszy jest dla rozważań molekularnych.

Pozwala on na łatwe porównywanie długości odcinków DNA i białek,

pamiętając, że 1 tryplet =1 aminokwas w przypadku egzonów

kadujących białka. Pojedynczą parę oznacza się skrótem bp (z

angielskiego "base pair"), a lOs bp - skrótem kbp lub kb

(kilobases). Dla przykładu; zestaw diploidalny DNA człowieka

zawiera około 7 X 109 bp. Najczęściej podawaną liczbą dla genomu

człowieka (zestaw haploidalny) jest 3 X 10# bp. Pojedyncze kopie

genów mają ok. 2 kb. Powtarzalne sekwencje (repeatytywny DNA)

znajdujące się pomiędzy genami są długości okolo 0;3 kb. W

niektórych obszarach, np. heterochromatynie okolicy centromerów,

powtarzaln# sekwencje osiągają 106 bp. Za pomocą ekstrakcji

homogenatów komórkowych fenolem i precypitacji etanolem uzyskuje

się mieszaninę różnej wielkości odcinków DNA, czyli DNA genomiczny.

Składa się on z fragmentów zbyt dużych dla dalszej analizy :ub

manipulacji. Mniejsze fragznenty uzyskuje się przez trawienie

endonukleazami restrykcyjnymi (restryktazami). Są to swoiste

enzymy, uzyskiwane z bakterii lub grzybów. Restryktazy rozpoznają

określone sekwencje i rozkładają wiązania fosfodiestrowe pomiędzy

określonymi nukleotydami. Uzyskane fragmenty są więc częściowo

scharakteryzowane przez znane sekwencje w miejscu przecięcia nici

DNA (miejscu restrykcji). Bliższą charakterystykę fragmentów

uzyskuje się przez określenie ich wielkości za pomocą elektroforezy

w żelu agarozowym w obecności wzorca - fragmentów o znaneJ

wielkości lub określenia sekwencji nukleotydów. Do tych celów

trzeba jednak uzyskać dostateczną liczbę kopii fragmentów. Toteż

łączy się je z cząsteczkami DNA mającymi zdolność do powielania się

(replikaeji). Cząsteczki takie, zwane wektorami, wprowadza się do

komórek, w których ulegają namnożeniu wykorzystując aparat syntezy

DNA gospodarza. Uzyskuje się bibliotekę genów *, z której izoluje

się fragment (np. określony gen) za pomoćą techniki klonowania.

#'Uyklonowany odcinek DNA można oznakować za pflmocą radioaktywnych

izotopów lub cytochemicznych technik. Oznakowany fragment, czyli

sonda DNA (w piśmiennictwie anglosaskim "DNA probe"), może być

użyty przez zastosowanie techniki hybrydyzacji DNA/DNA do

indentyfikacji odcinka DNA, zawierająceg4 komplementarne sekwencje.

P#zwala to na st#vierdzenie obecności poszukiwanego genu lub jego

lokalizację. Znając sekwencję nukleotydów, można syntetyzować sondy

DNA, posługując się odpflwiednią mieszaniną enzymów i prekursorów.

Używa się w tym celv automatycznych przyrządów sterowanych

minikomputerami, w których koduje się żąd„ną sekwencję. Dostępne

aktualnie przyrządy pozwalają na syntezę pojedynczych nici długości

20 do 100 zasad. Inną techniką produkcji sond DNA jest ich synteza

na matrycy mRNA przy uży„u enzymów mających zdolność do

przepisywania informacji z mRNA na DNA, czyli transkryptaz

odwrotnych. Uzyskany tak komplementarny DNA określa się jako cDNA.

#'Vreszcie znakowanie mRNA i hybrydyzacja RNA/DNA mflgą być użyte

do poszukiwania genów.

* W starszym piśmiennictw#e spotyka się termin "bank genów",

obecnie używa się powszechnie nazwy "biblżoteka genów", rezerwując

określenie "bank genów" dla przechowywanej w komputerach informacji

o sekwencjach nukleotydów zbadanych dotychczas genów (np. program

"Genbank" w Bostonie, USA, MA).

252

Bardzo obiecującą, lecz wciąż jeszcze kosztowną metodą badańia

kariotypu ż geńomu, jest cytofotometria przepływowa wraz z

automatycznym sorto- waniem chromosomów. (Opis podano dalej pod

tytułem "Cytogenetyka prze- #ływowa".)

ZASłOSOWANIE ftESłRYKłAZ

Obecnie znanych jest ponad 500 restryktaz. Ponad 100 z nich jest

dostępnych w handlu, a ok. 25 używa się rutynowo. Enzymy te oznaeza

się skrótami. Pierwsza litera jest pierwszą literą nazwy rodzaju,

a dwie następne są dwoma początkowymi literami nazwy gatuziku

organizmu, z którego wyizolowano enzym. Czasem dodaje się czwartą

literę dla oznaczenia szczepu lub serotypu tego nrganizmu. Cyfra

rzymska oznacza chronologiczną kolejność uzyskania restryktazy z

tego samego organizmu. Dla przykładu restryktaza otrzymana z

Escherżchża colż RY 13 jest oznaczana jako Eco RI, z E. colż TB 14

- jako Eco Tl4I, z St7eptomyces albus jako Sal I, z Hae-wz.ophżlż#w

żtzfluenzae szczepu c lub d - jako Hinc I lub Hind I (Hind II, Hińd

III) itd. Wyróżnia się trzy typy restryktaz. Każdy z nich wymaga

nieco odmiennych warunków reakcji. Typ I i III mają dodatkową

aktywność metylaz. Typ II występuje w układzie z odrębną cząsteczką

białkową o aktywności metylazy. Typ I rozpożnaje określone

sekwencje nukleotydów, przecina jednak nić DNA w sposób przypadkowy

w odległoś„ 400 do 7000 kb od rozpoznanej sekwencji. Jest więc mało

przydatny. Najczęściej używany typ II prze„na nić w abrębie lub w

pobliżu rozpoznanej sekwencji w określonym miejscu. Podobnie działa

typ III, miejsce przecięcia znajduje się 25 - 27 bp od rozpoznanej

sekwencji. Opracowano rówńież chemiczne i enzymatyczne metody

łączenia końców, które bez przekształcenia się rekombinują ze sobą.

A więc trawienie restryktazami fragmentów DNA o odmiennej treści

informacyjnej i mogących pochodzić z różnych organizmów, ale

zawierających odpowiednie miejsca restrykcji, prowadzi do uzyskania

ad#inków, które rekombinują ze sobą. Dysponując odpowiednim

zestawem enzymów i metod, można konstruować fragmenty DNA

zawierające określone geny ułożone w żądanej kolejności. Fragmenty

te możńa wykorzystać do dalszych badań lub produkcji odczynników do

badań w postaci sońd DNA (patrz niżej). Różnoro.dńość restryktaz

jest wykorzystywana do badania struktury genomu przez określanie

długości fragmentów DNA otrzymanych po trawieniu i mapowanie miejsc

restrykcjż. Stosuje się częściowe trawienie, pozwalające na

ujawnienie kolejnych miejsc restrykcji - jedno, dwa, trzy itd.,

albo trawienie pojedynczymi enzyxnami oraz ich mieszaniną (por.

ryc. 107). Kolejńość miejsc restrykcji podaną na tej rycinie można

potwierdzić znakując izotopami radioaktywnymi pojedyncze

"wystające" nici, dobierając reakcje tak, że znakowane są końce 5'

lub 3'. W tym przykładzie (ryc. 107) w ścieżce A (Eco RI) fragment

8 kb może być oznakowany tylko w pozycji 3', fragment 3 kb zarówno

w pozycji 5', jak i 3', a fragment 5 kb w pozycji 5' zakładając, że

fragment wyjściowy 16 kb ma tępe końce nie dające się oznakować.

Fragmenty uzyskane po trawieniu można jednocześnie znakować za

pomocą hybrydyzacji z sondami DNA swoistymi dla okreśIonych

chromosomów lub ich odcinków (np. określonych prążków) lub dla

poszczególnych genów. W końcowym wyniku uzyskuje się dane o

położeniu genów i miejsc

Ryc. 107. Mapowanie. Kolejność miejsc restrykcji z użyciem 2

enzymów. Fragment DNA długości 16 kb poddano całkowitemu strawieniu

przez Ecs RI (ścieżka A). Hind III (ścieżka á) i ich mieszaniną

(ścieżka C). Po elektroforezie w żelu agarozowym uzyskano fragmenty

długości jak na rycinie. Kolejność miejsc restrykcji Eco ft1 może

być: 8, 3, 5 lub 8, 5, 3. Hincl III daje tylko dwa fragmenty (10 i

6 kb), ma więc tylko jedno miejsce restrykcji. Mieszanina daje

fragment 6 kb oraz fragmenty 5 kb, 3 kb i 2 kb, łącznie 10 kb.

Kolejność miejsc restrykcji jest więc następująca: S Hin # III 10

(2 #-- 3 -# 5) g T T

(g #. 2) Eco R I 3 Eco ft I 5

restrykcji w stosunku do siebie. Badając przekazywanie genów i

miejsc restrykcji w kolejnych pokoleniach, mflżna ustalić stopień

sprzężenia pomiędzy genem i miejscem restrykcji, tj. sporządzić ich

mapę genetyczną, posługując się klasyczną metodą badania sprzężeń.

Jeżeli sprzężenie jest dostatecznie ścisłe, można posłużyć się

miejscem restrykcji jako znacznikiem (markerem) dla danego genu. Im

więcej miejsc jest sprzężonych z danym genem, tym większe jest

prawdopodobieństwo prawidłowego wykrycia genu w badanym materiale

z użyciem analizy miejsc restrykcji. Toteż badania nad

zastosowaniem tej metody w diagnostyce genetycznej koncentrują się

na poszukiwaniach sprzężeń miejsc restrykcji z genami warunkującymi

choroby. Jeżeli założyć, że kolejność zasad w DNA jest przypadkowa,

to sekwencje rozpoznawane przez restryktazy, jak np. Mbo I lub Tag

I, zł#żone z 4 nukleotydów, powinny występować co 4', tj. 256

nukleotydów, a złożone z 6, np. rozpoznawane przez Aat I lub Eco

RI. eo 46, tj. 4096 nukleotydów. Sekwencja zasad w DNA nie jest

jednak przypadkowa, związana jest bowiem z jego treścią

informacyjną i procesem ewolucji. Toteż odcinki uzyskane po

trawieniu są różnych długości, charakterystycznych dla danego

genomu. Mówi się o polimorfizmie długości odGinków pomiędzy

miejscami restrykcji, określanym angielskim skrótem RFLP

(restriction fragment length polymorphism). Przekazywańie sekwencji

DNA w czasie replikacji, rekombinaeji mejotycznej i zapłodnienia

leży u podłoża praw Mendla, toteż RFLP przekazywany jest zgodnie z

tymi prawami Jeffreys i wsp. wykazali w latach 1979 - 1983, że

powtarzane sekwencje satelitarnego DNA dają po trawieniu

restryktazami i elektroforezie w żelu agarozowym tak

charakterystyczny dla genomu obraz RFLP, że można użyć go do

identyfikacji poszczególnych osób, podobnie jak używa się odcisków

palców. Toteż mówi się potocznie o "odciskach palców DNA".

Znalazłfl to zastosowanie w medycynie sądowej w dochodzeniu

ojeostwa oraz do identyfikacji sprawców przestępstw. "Odciski

paIców DNA" podejrzanej osóby porównuje się z DNA fragmentów tkanek

znalezionych w miejscu przestępstwa. Wysoki stopień poliformizmu

satelitarnego DNA można wyjaśnić nagromadzeniem w czasie ewolucji

licznych mutacji. Ponieważ są to obszary nie kodujące, mutacje te

nie znajdują odbicia w fenotypie i nie podIegają selekcji, a więc

mogą przetrwać. W obszarach kodujących stopień polimorfizmu jest

mniejszy. Część mutacji bowiem upośledza zdolność do życia i nie

rozprzestrzenia się w popu

254

lacji. Mutacje w miejscu restrykcji (utrata lub pojawienie się

miejsca) mogąr być związane z wymianą pary nukleotydów (mutacja

punktowa), metylacją zasady (modyfikacja DNA), wymianą kilku par,

delecją, insercją lub inwersją. Badając miejsca restrykcji, można

niekiedy wykryć mutację punktową. Klasycznym przykładem jest

niedokrwistość sierpowatokrwinkowa związan# z obecności hemoglobiny

S. W łańcuchu á na pozycji 6 kwas glutaminowy jest zastąpiony przez

walinę dzięki mutacji punktowej. W locus á na chromosomie I1

za2niast sekwencji GAG występuje sekweneja GłG, co prowadzi do

utraty jednego z miejsc restrykcji Mst II (por. ryc. 108), która

rozpoznaje sekwencję CC TNAGG, gdzie N jest dowolną zasadą. DNA

znakujesię sondą swoistą dla genu á-globiny i za pomocą

elektroforezy w żelu agarozowym w obecności wzorca bada się długość

fragmentów uzyskanych pa trawieniu (ryc. 108).

l. 15 kc

MSł ii

##5#

#.:nakowOnie sonch DhA

!pio; ';gl !giui

i 35 kb

#.15 F #

#znukowan e SOn#r # h#

#. Cl. ; A :7

#Gr # iwal) Ig#ui

# r OCrlS #A `pr #### #o"'Y#

r.nst r

# L oC US P S

i#emoglobin## s erpowatej ;

Ryc. 108. Schemat zmiany długości fragmentu DNA o trawieniu Mst II

związane# ze zmianą nekwencji GAG na GłG w niedokrwistości

sierpawatokrwinkowej, w której na pozycji B w łańcuchu á-globiny

występuje walina (wal) zamiast kwasu glutaminowego (glu, pro-

prolina). Badany fragment oznakowano radioaktywną sondą DNA swoistą

dla locus á na ehromosomie 11. Obok autoradiogram żelu agarozowego

DNA osoby z prawidłową hemoglobiną A, heterozygot AS i osoby z

niedokrwistością sierpowatokrwinkową (SS).

Podobne zjawiska związane są z szeregiem innych hemoglobinopatii,

np: mutacje punktowe w pewnej grupie á-talassem. Inna grupa á-

talassemiż związana jest z submikroskopowymi delecjami, które

również prowadzą dc zmian miejsc restrykcji. Badanie RFLP znalazło

zastosowanie w diagno~ styce prenatalnej hemoglobinopatii.

Różnorodność mutacji w określonyrn locus prowadzących do powstania

fenotypu choroby (różne mutacje locus á-globiny dające odmiany

nieprawidłowych hemoglobin, związanych z pozornie jednolitą

jednostką á-talassemi) narzuca konieczność badania DNA rodziców

przed podję„em diagnostyki prenatalnej. Badanie DNA jest łatwiejsze

niż badanie sekwencji aminokwasów w hemoglobinie, toteż badanie DNA

probanda i rodziny używane jest do określenia mutacji leżącej u

podłoża choroby. To samo dotyczy wielu innych chorób, jak np.

niektórych koagulopatii, pewnych postaci cukrzycy lub dystrofii

mięśniowej. Podane wyżej

255

;przykłady dotyczą ch.orób, w których mutaeje miej.sca restrykcji

występują w obrębie patologicznego genu. Zmiana miejsca restrykcji

może być nie tak bezpośrednio związana ze zmianą fenotypu, jak w

przypadku hemoglobiny S. Mutacja związana ze zmianą miejsca

restrykcji może dotyczyć intronu lub sekwencji kodujących odcinek

białka nieistotny dla jego czynności. Intrageniczne zmiany RFLP są

ściśle sprzężone z sekwencjami warunkującymi cechę choroby.

Niemniej, mog# pocllegać rekombinacji w czasie mejozy. Konieczne są

badania rodzin dotkniętych chorobą i populacji w celu określenia

stopnia sprzężenia. Na tej #odstawie określa się tzw. zawartflść

informacyjną polimorfizmu. Pojęcie ta wprowadzone przez Botsteina

i wsp. (1980 r.) służy do określenia prawdopodobieństwa trafnaści

rozp#znania na podstawie badania RFLP. W wielu wypadkach gen nie

obejmuje miejsc restrykcji, występują one natomiast w przyległych

sekwencjach na skraju genu. Zawartość informacyjna jest mniejsza

toteż poszukuje się kilku (najczęściej dwóch skrajnych) miejsc

restrykcji sprzężonych z badanym genem. Wreszcie można dysponować

sondą DNA

ł a b e I a 52. Zestawienie wybranych chorób genetycznych

rozpoznawanych za pomocą sond DNA i badania politnorfizmu długości

fragmentów uzyskanych po trawieniu restryktazami (RFLP)

A.Rozpoznawane sekwencje są położone w obrębie genu (bezpośrednie

rozpoznanie defektów intragenicznych) Koagulopatie (hemofilie,

niedabory czynników krzepnięcia)

Hemoglabinopatie (np. niedokrwistość sierpowatokrwinkowa, á-

talassemie) Niedobór a-1-antytrypsyny Cukrzyca

Charoba Alzheimera

Niedobór hormonu wzrostu

Zaburzenia przemiany lipidowej usposabiające do chorób serca i

naczyń (atherosclerosis) Zespół Ehlersa i Danlosa flsteogen.esis

i#mperfecta Zespół Lescha i Nyhana Fenyloketonuria Ret„taoblastonaa

Dystrofie mięśniowe (Duchenne'a i pokreame)

B.Rozpoznawane miejsca restrykcji są sprzężone z genem (rozpoznanie

pośrednie z zastosowaniem RFLP) Koagulopatie

Hemoglobinopatie Cukrzyca (typ II)

Niedobór hormonu wzrostu (typ I)

Zaburzenia przemiany tłuszczowej (hipertriglicerydemia)

Pląsawica Huntingtona

Mukowiscydoza

Dystrofie mięśniowe

C.Sekwencje rozpoznawane sondą DNA i restryktazą są sprzężone z

genem (rozpoznanie pośrednie) Niedorozwój umysłowy sprzężony z

łamliwością chromosomu X Pląsawica Huntingtona Dystrofie mięśniowe

(dystrofia Duchenne'a, pokrewne i dystrofia miotoniczna; Zespół

Menkes Rett#n.oschisis

Uwaga: niektóre grupy chorób lub choroby wymienione są w różnych

częściact tabeli, gdyż te same mutacje mogą byE rozpoznawane za

pomocą różnych metoć albo odmienne mutacje leżące u podłoża tego

samego klinicznego obrazu charob# (np. a-talassemie, zespół Lescha

i Nyhana, dystrofia mięśniowa typu Duchenne'a wymagają rozpoznania

z zastosowaniem różnych metod.

256

swoistą dla sekwencji występujących w sąsiedztwie genu i z nim

sprzężonych oraz sprzężonym miejscem restrykcji. Diagnostyka

przedobjawowa, oparta na wykrywaniu genu na podstawie sprzężonych

sekwencji wykrywanych swoistą sondą DNA i/albo restryktazami,

wymaga odpowiedniego przygotowania genetyenego i matematycznego.

Badanie powinno obejmować kilku członków rodzżny. Rozpoznanie jest

probabilistyczne i acena wyników powinna być dokonana w odpowiednio

przygotowanym ośrodku. Przykłady chorób rozpoznawalnych za pomocą

sond DNA i badania RFLP podane są w tab. 52. CzęśE A - podaje

przykłady, w których bada się polimorfizmy w obrębie genu, B -

sprzężone, lecz położone poza obrębem genu i część C - przykłady,

w których wykorzystuje się sprzężenia sekwencji położonych poza

genem, jednej wykrywalnej za pomocą swoistej sondy DNA i drugiej za

pomocą restryktazy. Dla wykrycia obecności chorób wymienionych w

punktach B i C tab. 52 znajomośE molekularnej istoty choroby nie

jest konieczna. Wystarczy określić wzajemne położenie badanych

sekwencji i poszukiwanego genu na mapie genetycznej oraz ustalić,

że sprzężenia są dostatecznie ścisłe, aby służyć do celów

diagnostycznych.

KONSłIZUKCJA BIBLIOłEK I SOND DNA. KLONOWANIE

Jak to wspomniano na wstępie rozdziału, badania genetyki

moIekularnej wymagały uzyskania dużej ilośći jednakowych odcinków

ńaturalnego DNA. Metody opracowane w tym celu służą obecnie do

produkcji sond DNA do celów diagnostycmych. Materiałem wyjściowym

może być genomiczny DNA albo DNA poszczególnych chromosomów

uzyśkanych z międzygatunkowyeh hybryd komórkowych lub za pomocą

przepływowego sortera. Trawienie restryktazami pozwala na uzyśkanie

fragmentów wielkości kilkudziesięciu lub kilkuset bp. Dla uzyskania

dostatecznej liczby tych fragmentów wprowadza się je za pomocą

wektorów do żywych komórek, zazwyczaj bakterii (najczęściej E.

coli), ale również i komórek eukariotycznych, jak drożdże, komórki

myszy lub człowieka.

Ryc. 109. Schemat plazmidu pBR322. Oznaczono miejsca przecięcia

Aval przez szereg restryktaz i orienBall tacyjną wielkość plazmidu

(cyfry wewnątrz koła odpowiadają liczbie kb). Amp oznacza gen

odporności na ampicylinę, Tetna tetracyklinę, Ori - polożełth III

I Pvu II nie ośrodka replikacji DNA.

I iZat#y's t;enetyki 257

Jako wektůor może służyć cząstec'zka DNA, która: a) ma zdolność do

samodzielnego powielania się w cytoplazmie gospodarza, b) zawiera

znaczniki (markery), za pomocą których można ją zidentyfikować,

oraz c) zawiera odpowiednie miejsca restrykeji pozwalające na

uzyskanie lepkich końców. Jakc wektory mogą służyć występujące w

naturze w cytoplazmie bakterii bakteriofagi oraz plazmidy. Te

ostatnie są kolistymi fragmentami DNA, wielkości kilku kb.

Zawierają one ośrodek replikacji oraz kilka genów nadające

bakteriom - gospodarzom różne cechy, m.in. odpornośE na

ant#biotyki. Wykorzystując naturalne bakteriofagi i plazmidy

skonstruowano wiele sztucznych wektorów. W praktyce używa się

wektorów dostępnych w handlu luk własnej konstrukeji. Jako przykład

może służyć często używany plazmid p BR 322, przedstawiony na ryc.

109. Plazmid ten zawiera ośrodek replikaeji, jeden gen nadający

gosgodarzowi odporność na tetracyklinę i jeden gen nadający

odpornośi na ampicylinę oraz szereg miejsc restrykeji. Roztwór

cząstek plazmidu, wyizolowanych z bakterii goddaje się trawieniu

wybraną restryktazą. Uzyskujc się fragmenty liniowe zakońezone

lepkimi końcami. Inkubacja tych fragmentów z roztworem fragmentów

ba=danego DNA prowadzi do łąc#enia się zc sobą komplementarnych

końców. Badane fragmenty ulegają włączeniu dc plazmidu, który

ponownie przyjmuje postać kolistą. W praktyce często konieczne jest

przeprowadzenie dodatkowych reakeji tj. inkubacji roztworów w

odpowiednich warunkach z dodatkowymi enzymami (grzede wszystkim

enzymem swoistym, ligazą DNA), aby uzyskać włączenie obcego DNA i

zamknięcie koła plazmidu. Manipulacje są proste i sprowadzają się

do inkubacji probówek z adpowiednim roztworem we właściwe;

temperaturze przez określony czas. Rycina 110 przedstawia sehemat

reakeji, w wynik2x której powstają zrekombinowane plazmidy. Nadają

one ad#orność na tylko jeden antybiotyk zamiast na dwa, jak plazmid

wyj#ciowy. Odpowiedni szezep bakterii zostaje zakażony plazmidamż.

Hodowla tych bakterii na podłożach z antybiotykami i pozwala na

wyselekejonowanie kolonii, które zawierają zrekombinowane

plazmi.dy. Wysiewając bakterie w odpowiednżm stężeniu na płytki

Petriego z podłożem agarowym, otrzymuje się kolonie pochodzące z

pojedynezej komórki macierzystej, czyli klony. Wyselekejonowane na

właściwych podłożach pos#czególne klony zawierają zrekombinowane

plazmidy, do których włączone zostały odmienne fragmenty obcego

DNA. Pojedynezy klon może również zawierać odmienne zrekombinowane

plazxnidy. Zestaw hodowli komórkowych w których namnażane są

wektory zawierające pewien zestaw odmiennycl fragmentów obcego DNA,

nosi nazwę biblioteki genów lub fragmentów DNA Dysponując

odpowiednią liczbą bakterii, można część biblioteki użyć do

izolacji DNA wektorów. Wbudowane fragmenty można wyciąć

restryktazami rozdzielić według wielkości i określić sekweneję

nukleotydów. Stosując te chniki analityczne, preparatykę DNA i

powtarzanie rekombinacji i klonoů wania mnżna uzyskaE klon

bakterii, w którym powielają się wektory zaů wierające pojedynezy

identyczny odcinek DNA, czyli wyklonować fragmen DNA. Fragment ten

m#żna oznakować izotopami radioaktywnymi lub cyů tochemicznie i

użyć do identyfikacji komplementarnych sekweneji za pomoc# techniki

hybrydyzacj i. Mając do dyspozycji oznakowany fragment, czyli sondę

DNA, można wrócić #do biblioteki i w#braE z niej klony zawierające

interesujący fragment Po sprawdzeniu czystośeń klonów można je

powieliE i uzyskać pokaźną liczů bę identycznych odcinków DNA.

Sehemat postępowania w trakcie klonoů

258

p BR 323

D #y #A

Pst I

# * t

1 1

Ryc. 110. Plazmid pBR 322 poddano trawieniu Pst II lub Sal I,

których micjsca restrykcji znajdują się w genach odporności na

antybiotyki. Inkubacja z obcym DNA o odpowiednich lepkfch końcach

prowadzi do włączeńia fragmentów do jcdnego z tych genów i utraty

odporności na odnośny antybiotyk. W wyniku tej rekombinacji

powstają plazmidy nadające odporność tylko na jeden antybiotyk i

zawierające obcy DNA.

wania fragmentów eukariotycznego DNA z użyciem Z. coli praed#tawia

ryc. 110. Powyższy opis przedstawia zasadę izolacji i namnażania

kionu odeinka DNA. Do oznakowania wektorów używa się różnych

antygenów, np. nadających określone cechy metaboliczne lub

antygenowe. Stosuje się różne podłoża selekcyjne i metody

immunologiczne selekcje klonów. Jako wektory mogą służyć fagi,

różnorodne wirusy i wektory sztuezne, jest również wiele dostępnych

szczepów k.omórek - gospodarzy. Schemat postępowania jest

analogiczny. Jest ono pracochłorme. U#yskanie czystego klonu DNA

wymaga opracowania od kilkuset do kilkunastu tysięcy hodowli

komórkowych. Do konstrukcji bibliotek można również użyć DNA

otrzymany z aastosowaniem transkryptaz odwrotnych z mieszaniny

różnych mRNA. Można również wbudować do wektora syntetyany odcinek

DNA. W tym wypadku oznakowany odpowiednio materiał wyjściowy może

służyć jako sonda DNA do identyfikacji klonów, w których namnoży

śię zrekombinowany wektor. Postępowanie ulega znacznemu

uproszczeniu. Jeżeli użyć odpowiednżch szczepów komórek-gospodarzy

i wektorów, wprowadzony #en może ulegać transkrypcji i translacji.

Uzyskuje się produkcję określonego 'białka, które można wyżzolowaE

i 4czyścić. Metoda ta jest uży259 wana do produkcji wielu enzymów

(m.in. niektórych restryktaz, wielu enzymów przemysłowych,

stryptokinazy), biol#gżcznie czynnych białek (np. interferony,

czynniki krzepnięcia, antybiotyki) i hormonów (np. insulina, hormon

wzrostu). Wzrasta liczba i ilośE śradków leczniczych produkowanych

przy użyciu technik rekombinacji DNA. Sondy DNA lub RNA

wyprodukowane dzięki tym technikom znalazły zastosowanie w

diagnostyce chorób bakteryjnych i wirusowyeh oraz określaniu

odporności na antybiotyki.

TECHNIKI IiYBRYDYZAC Jl

W odpowiednich warunkach (pH, siła jonowa i temperatura środówiska)

pojedyncze nici DNA lub RNA wiążą się za pomocą wiązań wodorowych

z nićmi DNA lub RNA, zawierającymi komplementarne sekwencje

nukleotydów. Zjawisko to nosi nazwę hybrydyzacji. Podwójne nici

mogę się rozpadaE, czyli denaturować, przy zmianie warunków.

Najezęściej stosuje się denaturację termieną. Pojedyncze nici

uzyskane przez denaturację mogą ponownie łączyć się ze sobą

(renaturować, hybrydyzowaE) przy zmianie warunków (np. obniżeniu

temperatury). St„bilność podwójnych nici zależy od warunków

środowiska. Manipulując nimi można uzyskać hybrydyzację tylko nici

ściśle zgadnych ze sobą lub częściowo knmplementarnych. Podstawowe

etapy hybrydyzacji DNA w laboratorium są następujące: I. Badany

fragment podwójnej nici DNA poddaje się denaturacji i uzyskane

pojedyncze nici wiąże się ze stałym podłożem (np. błoną z

nitrocelulozy), 2. Następnie dodaje się roztwór pojedynczych nici

oznakowanych izotopami ra#ioaktywnymi lub chemicznie, eyli roztwór

sondy DNA (RNA). Sonda wiąże się z nićmi zawierającymi

komplementarne sekwencje w sposób bardziej lub mniej swoisty,

zależnie ód warunków. Zazwyczaj dąży się do uzyskania bardzo

swoistej h#brydyzacji. 3. Nie związane z badanym materiałem

fragmenty sondy usuwa się przez płukanie w odpowiednich roztworach.

4. Związane ze stałym podłożem kómpleksy podwójnych nici powstałe

na skutek hybrydyzacji wykrywa się za pomocą autoradiografii lub

odpowiedniego barwienia. Jest to tak zwana punktnwa techniki

bibułowa. Eardziej precyzyjną techniką jest metada opisana pxzez E.

M. Southerna. Terhnika ta początkowo służyła do badania hybryd

DNA/ftNA i z pewnymi modyfikacjami do badania białek. Southern

oznacza po ang9elsku "południowy". Toteż pobocznie mówi się o

technice bibułowej południowej (Southern blot), jeśli bada się

hybrydyzaeję DNA/DNA, północnej (Northern blot), jeśli bada się

hybrydy DNA/ /RNA, i zachodniej (Western blot), jeśli bada się

białka. Technika półudniowa obejmuje następujące etapy (ryc. Ill).

1. Izolacja i oczyszczenie DNA z komórek człowieka.

2. Trawienie restryktazami w celu uzyskania mieszaniny fragmentów

o dogodnej wielkości. 3. Rozdział elektroforetyczny fragmentów

według wielkości.

4. Przeniesienie fragmentów z żelu na filtr z nitrocelulozy lub z

nylonu; z zachowaniem ich rozmieszczenia; niezwykle 2legancka,

dzięki swej prostocie, metoda Southerna przedstawi#na jest na ryc.

112. 5. Denaturacja fragmentów DNA i hybrydyzacja z sondą (technika

południowa); nici RNA sa pojedyn#e, nie wymagają denaturacji,

przeprowadza sie tylko hybrydyzacj# (technika pó#nocna); w

przypadku białek (technika

Ryc. 111. Schemat klonowania genomicz- Ryc. 112. Schemat

postępowani.a #w "ponego DNA człowieka w komórkach ludniowej"

technice bibułowej ("SoutEschertchia co1% (patrz tekst). hern

blot"), patrz tekst.

zachodnia) przeprowadza się reakcję wiązania znakowanych

przeciwciał zwróconych przeciwko poszukiwanym grupom antygenowym.

6. Ustalenie poł4żenia fragmentów oznakowanych sondą lub

przeciwciałem z użycżem autoradiografii, reakcji barwnych lub

fluorescencji, zależnie od typu oznakowania sondy lub przeciwciała.

Hybrydyzację można przeprowadzać w roztworze. Następnie trzeba

wyizolować kompleks złożony z podwójnej nici DNA/DNA lub RNA/DNA.

Za pomocą określenia radioaktywności lub fotometrii można oznaczyć

liczbę hybrydyzujących sekwencji, np. fotokop badanego genu lub

mRNA. Wresz„e można przeprowadzać hybrydyzację żn sżtu w

mikroskopowych preparatach na szkiełku podstawowym lub w

preparatach płytek metafazalnych, sporządzanych tak samo jak dla

celów cytogenetycznych badań kariotypu. Przeprowadza się

denaturaeję, hybrydyzację, a następnie wykrywa się obecność i

lokalizację sondy za pomocą autoradiograf, metod cytochemicznych

lub fluorescencji. Hybrydyzacja żtz sżtu może służyć do lokalizacji

genów w chromosomach. Ann Henderson i wsp. (1973 r.) po raz

pierwszy zaśtosowali hy261 Filtr z nitro#wiozy --#-,

Rye. 113. Technika przenoszenia fragmentów rozdzielonych

elektroforetycmie w żelu agarozowym opracowana przez E. M.

Southerna. O brzegi naczynia z buforem opiera się płytę szklaną, na

którą nakłada się pasek bibuły filtracyjnej. Jego brzegi zanurza

się w buforze i pasek służy jako knot wysysający roztwór. Na pasek

nakłada się żel. Na nim umieszeza się duże warstwy bibuły

filtracyjnej, na które nakłada się warstwę ręczników papierowyeh,

odpowiednio przyciętych. Na wierzeh n#kłada się drugą płytę,

obciążoną odpowiednim eiężarem. Dzięki sile włoskowatości powstaje

prąd buforu, który wymywa fragmenty z żelu i osadza je na filtrze

z nitrocelulozy.

brydyzację RNA/DNA do lokalizacji genów człowieka. Wykazali oni, że

rybosomalny DNA hybrydyzuje z odcinkami DNA p#łożonymi w nóżkach

satelitów chromosomów akrocentrycznych. Stąd geny kodujące

rybosomalny RNA zlokalizowane są w tej okoliey. Sondy DNA są

obecnie szeroko stosowane do mapovsania genów w chromosomach. Jako

sond używa się wyklonowanych fragmentów genów, mRNA lub cDl\łA.

Jeśli sekweneje w obrębie mutacji są znane i mutacja jest punktflwa

lub dotyczy kilku zasad, rnożna posłużyć się sondami syntetycznymi.

Składają się one z kilkunastu lub dwudziestu paru nukleotydów

(sondy oligonukleotydowe). Sondy takie są używane w diagnostyce

hemoglobinopatii, np. á-talassemii, w której opisano 23 mutacje

prowadzące do powstania obrazu choroby. Sondy takie służą również

d# diagnostyki prenatalnej niedoboru a-1-anty#rypsyny i ok. 30o/o

przypadków choroby lub nosicieli fenyloketonurii. W pzzypadkach

tych występuje mutacja na końcu 5' intronu 12 genu hydroksylazy

fenylolaninowej, polegająca na zastąpieniu guaniny przez adeninę.

W pozostałych przypadkach nie ustalono jeszeze rodzaju mutacji.

Niektóre choroby związane są z różnorodnymi mutacjami. Jako

przykład mogą służyć dystrofie mięśniowe typu Duchenne'a i

pokrewnych lub zespół Leseha i Nyhana. Ten ostatni związany jest z

niedoborem fosforybosyltransferazy hipoksantyno-guaninowej. Gen

tego enzymu jest duży, długości 44 kb, i w dotychezas zbadanych 18

przypadkach w każdym zmiana sekweneji była odmienna. Przykłady te

zostały przytoczone dla podkreślenia konieczności badań ro262 dziny

w przypadku ustalenia rozpoznania z użyciem metod wykrywających

mutacje punktowe. Jednocześnie przykłady te wykazują, że metod tych

nie mażna stosować jako testów przesiewowych dla wykrywania

nosicieli lub świeżych mutacji. Toteż z nielicznymi wyjątkami, jak

niektóre hemoglobinopatie, na razie bardziej przydatne są w

diagnostyce sondy większej długości i badania sprzężeń z ftFLP lub

ze zmianami w sekwencjach nie związanych bezpośrednio z istotą

chorób. Używa się m.in. sond anonimowych. Hybrydyzują one z DNA

określonych chromosomów lub prążków w ich obrębie, jednak bliżśza

struktura i funkcja odcinków wykrywanych sondami anonimowymi nie

jest znana. Sondy anonimowe mogą służyć w cytogenetyce do

wykrywania submikroskopowych delecji, insercji lub translokacji;

jak również w cytogenetyce przepływowej.

ZASłOSOWANIE SOND DNA I HYBRYDYZACJI

Najczęściej stosowaną metodą oznakowania sond jest wprowadzenie

izotopów radioaktywnych. Ogranicza to jednak możliwość szerokiego

zastosowania, gdyż laboratorium wykonujące takie badania musi

odpowiadać wymogom bezpieezeństwa pracy z materiałami

radioaktywnymi. Szerokie zastosowanie w rutynowych małych

laborat#riach będzie możliwe po opracowaniu dobryeh metod

z#akowania sond za pomocą związków wykrywanych reakcjami barwnymi

lub z zastosowaniem fluorescencji. Prowadzi się intensywne

poszukiwania takich metod. Jedną z nich jest wprowadzenie do końca

sondy bocznego łańcucha 16 tymidyn, do których włączono biotynę.

Łączy się ona w sposób swoisty z awidyną, kt&ra przyłączać może

kilka cząstek biotyny. Awidyna włączona do sondy ma jeszcze wolne

miejsca wiązania biotyny. Toteż kompleks sonda DNA/DNA

badany/biotyna/awidyna można wykryć dołączając do niego biotynę

sprzężoną z kilkoma cząsteczkami fosfatazy alkalicznej. Tę wykrywa

się za pomocą typowej reakcji barwnej z błękitem nitrotetrazolowym.

Kompleks można wylfrywać również za pomocą swoistych przeciwciał

zwróeonych przeciwko awidynie i sprzężonych z fluorochromem (metodą

immunofluorescencji). Ta ostatnia metoda używana jest w

cytogenetyce przepływowej. Niestety, sondy oznakowane

biotyną/awidyną są mniej swoiste i czułe niż sondy oznakowane

izotopami radioaktywnymi. Zastosowanie sond w diagnostyce

genetycznej jest duże. Szeroko stosuje się sondy DNA lub RNA w

diagnostyce bakterii i wirusów. Używa się hybrydyzacji

wyizolowanego z badanego materiału DNA lub RNA w roztworze lub

punktowej techniki bibułowej. Liczba mikroorganizmów wykrywanych

sondami stale rośnie. Wymienić można wirusy hepatżtżs A i B.

Epstein-Barr, cytomegalowirus, herpes, papillomawirusy, wirus

nabytego niedoboru odporności (AIDS) i wiele innych. Opracowano

sondy dla PZaz#rrodżu#n, faLciparun'c (malaria) i wielu leiszman;

w opracowaniu jest sonda do wykrycia trichinozy. I.ista bakterii

jest bardzo długa, obejmuje m.in. i Salłnonellae, Klebsżellae,

Le#żortellae i różne Mycobacterża, m.in. Mycobacterżu#n,

tuberculosżs. W tym ostatnim przypadku podkreślić należy, że

hodowla i próby biologiczne wymagają kilku tygodni, podczas gdy

wykonanie badania przy użyciu sondy DNA - kilku godzin. Wreszcie

dodać należy, że sekwencje genów odporności na antybiotyki s#

znane. Wiele firm op-racowuje obecnie zestawy sond do wykrycia tych

genów w badanych bakte

263

riach. Zestawy te powinny pozwolić na ustalenie odporności na

antybiotyki w ciągu godziny lub dwóch. Wreszcie sondy DNA i metody

jego rekombinacji znalazły szerokie zastosowanie w onkologii.

Sondami można wykrywać onkogeny i co ważniejsze, badać liczbę ich

kopii oraz lokalizację. Badanie amplifikacji onkogenów w raku sutka

służy do celów prognostycznych i pozwala na wyróżnienie okresu, w

którym powstają przerzuty. Omówienie zastosowań rekombinacji DNA w

diagnostyce onkologicznej wymaga odrębnego rozdziału i przekraeza

ramy niniejszego. Wspomnieć tylko należy o genie związanym z

retżnoblasto#m,a. Jest on położony na ramieniu długim chromosomu 13

w prążku ql4.1 i jego sekwencja jest znana. Delecja tego genu

powoduje nowotwór. Można więc podejrzewać, że jest to gen niezbędny

do kontroli i regulacji proliferacji komórek. Badanie sondą DNA

pozwala na ustalenie rozpoznania w okresie przedobjawowym.

CY'rOGrENEłYliA PftZEP#YWOWA

Cytogenetyka przepływowa wywodzi się z cytofotometr przepływowej.

Najprostsze urządzenie do pomiaru światła wzbudzonego

(fluorescencji) i światła wzbudzającego (zazwyczaj monochromatyczne

pr4mienrowanie w paśmie nadfioletu) przedstawiono na ryc. 114.

Szybkość przepływu chromosomów i pomiarów są tak dobrane, że

uzyskuje się wykres pochłaniania (emisji) na

Ryc. 114. Schemat cytofotometru przepływowego z urządzeniem do

sortowania ehromosombw. Płyn z zawiesiną chramosomów jest

wprowadzany pod ciśnieniem do komory przepływ#wej, z której wypływa

w postaci kropli. Wielkość kropli jest tak dobrana, żeby każda

zawierała tylko jeden chromosom. lirople przepływają przez promień

monochromatycznego światła lasera. Swiatło wzbudzające i światło

wzbudzonej fluorescencji jest mierzone przez fotopowielacze

(światło jest rozszczepione na dwa promienie i przepuszczane przez

odpowiednie filtry). Krople przepływają między dwiema płytkami o

wysokim ładunku elektrycznym sterowanym z minikomputera. Po

rozpoznaniu sygnału (natężenie i grofil liniowy pochłoni#tego lub

wzbudzonego światła) krople zawierające poszukiwane chromosomy są

odchylane elektrostatycznie i zbierane w naezyniach.

264

przestrzeni długości chromosomu. Sygna#y z układów pomiarowych są

zapisywane w komputerze. Ten sam komputer steruje wielkością i

znakiem ładunku elektrycznego na płytkach elektrostatycznie

odchylających krople ze strumienia kropli wtryskiwanych pomiędzy

płytki. M#żna odchylać krople zawierające chromosomy o wybranej

charakterystyce i zbierać je w naczyniach. Zasada urządzenia jest

prosta, ale wymaga ono skomplikowanych elementów elektronicznych i

jest kosztowne. Istnieją urządzenia kaskadowe, w których

sort,owanie jest powtarzane kilka razy. Mflżna wbwczas dokonać

seiekcji chromosomów według wielu kryteriów. Urządzenie na ryc. 114

pozwala na sortowanie z uwzględnieniem dwóch zmiennych. Ghrumosomy

do tych badań izoluje się z komórek znaj#ujących się w trakcie

mitozy przez zawieszenie w odpowiednim środowisku i wirowanie

różnicowe. Do scharakteryz.owania chromosmów można się posłużyE

pochłanianiem nadfioletu w DNA i posegregować je według zawartości

kwasów nukleinowych. M#żna również posłużyć się chromosomami

zabarwionymi barwnikami fluorescencyjnymi, np. używanymi w

mikroskopie do badania prążków. Wykres intensywności wzbudzonego

światła na przestrzeni długości chromosomu odpowiada wzorowi

prążków. Można więc uzyskae kariotyp prążkowy badanych

chrůom.osomów. Zawiesina chromosomów badana w ten sposób zawiera

przypadkow# mieszaninę chromosomów z różnych kflmórek. Toteż należy

zbadać duża liczbę chromosomów i przeprowadzić analizę statystyczną

wyników, aby uzyskać kariotyp badanej osoby. Operacje rachunkowe są

wykonywane w komputerze. Hybrydyzacja badanych chromosomów ze

swoistymi sondami DNA, oznakowanymi fluorescencyjnie, pozwala na

dalszą szaegółową charakterystykę. Niezależnie od celów anality#ych

(badania kariotypu i genu), urządzenia te mogą służyć do izolacji

poszczególnych prawidłowy#h lub nieprawidłowych chromosomów, które

mogą być następnie użyte do konstrukcji bibliotek DNA, jak to

opisano wyżej. Trzeba się zastrzec, że cytogenetyka przepływowa

wymaga jeszcze udoskonaleń. Metoda jest w praktyce jeszcze trudna

i nie zawsze tak precyzyjna, jakby wynikało z opi#u. Jest to metoda

przyszłości, pod warunkiem, że zostanie bardziej wystandaryzowana

i że aparatura będzie tańsza.

PODSUMOWANIE

Zastosnwanie rekombinacji DNA do metod diagnostycznych pozwala na

wyciąganie wniosków co do rozpoznania, częst# prognozy na podstawie

badania fizycznych nośników informacji genetyeznej (chromosomów,

DNA mRNA). W skró„e myślowym można powiedzieć, że na podstawie

genotypu wyciąga się wnioski o fenotypie. Gechy te nie muszą być

wyrażone. Rozpoznanie można ustalić w okresie przedobjawowym. Jest

to więc postępowanie z wybtrru w diagnostyce prenatalnej. S#ownik

najezęściej używan#ch terminów genet#czn#ch

Krzysztof Boczkowwski

Aberracja chromosomalna - nieprawidłowość w liczbie lub strukturze

chromosomu. Allele - alternatywne formy danego genu, zajmujące to

samo miejsce (locus) w parze chromosomów. Każdemu chromosomowi (z

wyjątkiem chromosomów X i Y u mężezyzny) odpowiada drugi

homologiczny chromosom, dlatego też każdemu genowi odpowiada drugi

gen, położony w identycznym miejscu w homologicznym chromosomie.

Geny położone w identycznyeh miejscach w homologicznych

chromosomach nazywamy allelami. Amniopunkeja - nakłucie pęcherza

płodowego przez powłoki brzuszne albo przez pochwę. Anafaza -

przedostatnia faza mitozy lub mejozy, w czasie której chromatydy

(lub chromosomy w I podziale mejotycznym) wędrują do przeciwległych

biegunów komórki.

Aneuploidia - brak albo nadmiar jednego lub kilku chromosomów w

stosunku do liczby podstawowej dla danego gatunku. Artygen -

substaneja wzbudzająca powstanie przeciwciała i/lub wykazująca

swoistą z nim reakeję. Asocjacja - stowarzyszenie - łączne

występowanie dwóch cech istotnie częstsze niż # losowe.

Biotyp (Johansse#, 1903) - grupa osobnikbw identycznych pod

względem składu genetycznego. Bi#valent - para homologicznych

chromosomów w okresie ich koniugacji podczas I podziału

mejotycznego. Liczba biwalentów odpowiada połowie liczby

chromosomów normalnej diploidalnej kombrki somatycznej.

Bliźnięta - dwa osobniki rozwijające się w przebiegu tej samej

ciąży i pochodzące z jednej komórki jajowej (bliźnięta

monozygotyczne) lub z dwóch komórek jajowych (bliźnięta

dizygotyczne). Bliźnięta monozygotyczne są jednakowe pod względem

genetycznym, natomiast stopień pokrewieństwa genetycznego bliźniąt

dizygotycznych jest taki sam jak między rodzeństwem.

Cecha (Bateson, 1909) - każda właściwośE (fenotypowa) organizmu:

bioehemiczna, anatomiczna, psychiczna itp. U jej podłoża leży

informacja genetyczna, której realizacja zależy jednak od warunków

środowiska. Cechę możemy określić jako autosomalną lub sprzężoną z

płcią (z chromosomem płciowym), dominującą lub recesywną,

jednogenową lub wielogenową itp. Centromer - heterochromatyczne

miejsce chromosomu, w którym łączą się jego chromatydy i do którego

przyczepiają się włókna wrzeciona kariokinetycznego podezas mitozy

lub mejozy. Nazywany jest rbwnież przewężeniem pierwotnym.

266

Chimera (Winkler, 1807) - mozaika idiotypowa, najczęściej roślinna,

rzadziej zwierzę, które ma tkanki dwbch lub więcej idiotypbw.

Chimery mogą powstaE w wyniku mutacji, somatycznej segregacji lub

przeszczepiania. U człowieka powstaje w wyniku podwójnego

zapłodnienia komórki jajowej albo wymiany między dwoma zygotami lub

ich połączenia albo przeszcżepienia tkanki czy narządu. Chromatyda

- jedna z dwu jednostek podłużnych, z jakich składają się

chromosomy od okresu syntezy aż do metafazy mitotycznej lub

metafazy II podziału mejotycznego; potem staje się chromosomem

potomńym. # Chromatyna - substancja jądra komórkowego barwiąca się

b„rwnikami zasadowymi i składająca się z chromosomów. Chromatyna

płciowa - chromatyna płciowa X (ciałko Barra) - płaskowypu#ła

grudka chromatyny, położona przy błonie jądrowej komórek żeńskich,

mających ponad jeden chromosom płciowy X. Odpowiada allocyklicznemu

chromosomowi X w stadium interfazy. Chromosom - struktura,

zawierająca ułożone kolejno geny, ktbre warunkują właściwości

dziedziczne we wszystkich proto- i eukariotycznych systemach

genetycznych. Chromosomy są strukturami samoodtwarzającymi się

(autoreplikacja), a ich liczba w komórce, kształt i organizacja są

charakterystycznymi cechami gatunkowymi. Ciałko Barra - patrz

chromatyna płciowa.

Ciałko Y - jasno fluoryzująca grudka widoczna w jądrach komórek

męskich, która powstaje w wyniku silnej fluorescencji części

dystalnej ramion długich chromosomu Y. Cis-trans efekt - gdy dwa

allele (pseudoallele) znajdują się obok siebie ńa tym samym

chromosomie (pozycja cżs) - ńie powodują one zmian fenotypowych;

natomiast gdy znajdują się na dwóch homologicznych chrqxnosomaćh

(pozycja trans) - powodują powstanie żmian fenotypowyeh. Crossing-

over - przekrzyżowanie - morfologiczny wyraz rekombinacji.

Cytogenetyka - dział genetyki badający chromosomy metodami

cytomorfologicznymi. Zajmuje się zarówno liczbą i kształtem

chromosomów, w. kt&rych zawarty jest materiał genetyczny, jak i

jego przekażywaniem w procesie mitozy i mejozy, oraz określaniem

nieprawidłowości chromosomalnych u osobnikbw.

Defekt wrodzony - anomalia obecna w chwili urodzenia, ktbra może

6yE spowodowanaczynnikami genetycznymi i/lub czynnikami

środowiskowymi z okresu prenatalnego. Dełecja - ubytek części

chromosomu.

Denaturacja DNA - tworzenie jednoniciowych łańcuchbw z podwójnej

(dwuniciowej) helisy DNA. De novo - powstanie osobnika mutacji,

np. aberracji chromosomalńej "na nowo" (nie została przekazana mu

przez rodziców). Dermatogłify - #vżóry listewek skórnych ń„

dłoniach i stópaćh, genetyczńie i' f#dywidualnie śwoiste. Diploid -

komórka lub organizm zawierający dwa zespoły homologicznycli

chromosomów (jeden od ojca, a drugi od matki); u człowieka liczba

diploidalna chromosomów wynosi 46. DNA - kwas dezoksyrybonukleinowy

- polimer złożony z dezoksyrybonukleot.ydów, w ktbrym zakodowana

jest informacja genetyczna komórki. Dominacja - uwidacznianie się

cechy w stanie heterozygotycznym, tzn. gdg allele są odmienne,

wówczas uwidacznia się cecha określana przez allel dominujący.

Dryfgenetyczny - losowa zmiana częstości genów w populacji, zarówno

ukierunkowana, jak i nie ukierunkowana, istoina żwłaszcza dla

małych populacji gdyż może doprowadziE do utrwalenia #edneg# z

ałleli i wykluczenia drugiegó, niezależnie od ich wartości

adaptacyjnej.

267

Duplikacja - podwojenie fragmentu chromosomu, ramion chromosomu (izochro-

mosom) albo całego chromosomu, lub kilku chromosombw

(aneuploidia).

Dziedziczność - przekazywanie informacji genetycznej przez rodziców

potomstwu. Genetyka jest nauką o dziedziczności.

E#zon - odcinek genu zawierający nukleotydy ulegające transkrypeji

w czasie syntezy białka.

Endonukleazy - enzymy atakujące łańcuchy kwas&w nukleinowych

wewnątrz łańcucha polinukleotydowego, patrz nukleazy. EksDresja -

wyrazistość, forma lub stopień ujawniania się określonego gen lub

#rupy genów w fenotypie nosiciela lub nosicieli, określana

jakościowo lub ilościowo. Epiaom - element genetyczny, będący

cząsteczką DNA, który nie jest koniecznym składnikiem kombrki.

Episom może istnieE w dwbeh stanach: 1) w stanie zintegrowanym - w

którym stanowi on część chromosomu #ospodarza replikujący się jako

częśE tego chromosomu oraz 2) w stanie autonomicznymw którym

replikuje się niezaletnie i niekiedy szybciej od chromosomu

gospodarza. Episom, który utracił zdolnośE łączenia się z

chromosomem, staje się plazmidem. Epistaza (Bateson, 1907) - forma

wspbłdziałania genbw, polegająca na oddziaływaniu jednego genu na

fenotypową ekspresję innego genu lub genów nieallelicznych w taki

sposbb, że fenotyp jest uwarunkowany tylko przez ten jeden gen.

Geny, których przejawianie slę zostaje zniesione pod wpływem innych

genbw nieallelicznych, określa się jako hipostatyczne lub

wykazujące hipostazę. Euchromatyna - chromosomy lub ich części, w

których cykl spiralizacji przebiega typowo, warunkując normalny

sposbb barwienia się barwnikami zasadowymi w odrbżnieniu od

heterochromatyny. Eu##nlka (Galton, 1883) - nauka o, poprawianiu

rasy ludzkiej".

Eukarionty - rośliny i zwierzęta zbudowane z kombrek zawierających

jądro oddzielone błoną jądrową od cytoplazmy. Euploidy - komórki,

tkanki lub organizmy z pełnym, typowym dla danego gatunku,

pojedynezym zestawem chromosomów (monoploidy) albo z jego

wielokrotnością (diploidy lub poliploidy), przy czym każdy

chromosom występuje tylko raz w danym zestawie. Faá - inaczej

bakteriofag, czyli wirus bakteryjny.

FI-F= - kolejne pokolenia potomne, wywodzące się od określonej pary

rodzicbw. Fenokopia - powstająca pod wpływem środowiska modyfikacja

fenotypu, naśladująca cechę lub cechy uwarunkowane genety-cznie.

FenotyD - a) strukturalne i czynnościowe właściwości organizxnu,

powstałe w wyniku współdxiałania genotypu i środowiska; b) dająca

się stwierdziE morfologicznie lub czynnościowo charakterystyka

określonej ceehy. Filogeneza - rozwój rodowy organizmbw, czyli

historia powstawania zarówno poszezególnych naturalnyctt grup

organizmów, jak i całe#o świata roślin i zwieů Tząt. - -

Gatunek - podśtawowa jednostka w systematyce roślin i zwierząt,

obejmująca organizmy mające wspblną pulę genbw oraz mogące

krzyżowaE się między sobą i mieE płodne potomstwo.

Gameta - dojrzała komórka rozrodeza (niekiedy tylko jądro

kom&rkowe) o haploidalnej liezbie chromosombw. Gen (Johannsen,

1909) - jednostka materiału genetycznego, zlokalizowana w

chromosomie i definiowana jako podstawowa jednostka funkeji,

rekombinacji oraz mutacji.

268

Gen kontrolujący - gen określający czas, czynnośE lub stopień

ekspresji genu strukturalnego. Gen letalny - gen, ktbry powoduje,

że organizm jest niezdolny do życia. Gdy żywotnośE organizmu jest

tylko osłabiona, leez nie dochodzi do śmierci, wbwezas gen

warunkujący ten stan jest zwykle nazywany półletalnym. Gen

regulujący - gen decydujący o tym, czy geny strukturalne danego

operonu podejmą transkrypeję lub translację. Gen strukturalny - gen

determinujący pierwotną strukturę (sekweneję aminokwasów) nowo

tworzonego białka. Genetyka - nauka o informacji genetycznej, o

ekspresji, czyli wyrażaniu się tej informacji, oraz o jej

przekazywaniu do kombrek potomnych. Genetyka medyezna - dział

genetyki człowieka zajmujący się zależnością między czynnikami

genetycznymi a ehorobą. Genom - wszystkie geny (stanu

haploidalnego) danej komórki, organizmu lub gatunku. Genotyp - a)

cała informacja genetyczna (zawarta w genach) danej kombrki,

organizmu lub gatunku; b) informacja genetyczna w danym miejscu

genowym. Genyaddytywne - geny wykazujące współdziałanie, ale nie

wykazująee ani epistazy, ani dominacji. Najezęściej geny te

wpływają na kształtowanie się cech ilościowych.

Haploid - komórka lub organizm z pojedynezym genomem, czyli

haploidalnym 2estawem chromosomów, oznaczanym zwykle literą n.

Hemizygotyczność - występowanie pojedynezych genów w genotypie

diploidalnym, np. genbw chromosomu X u mężezyzny. Heterochromatyna

- silnie barwiąca się w okresie interfazy i skondensowana

chromatyna. Heterozygotyczność - występowanie odmiennych alleli, w

takich samych miejscach homologicznych chromosombw.

Homozygotyczność - występowanie identycznych alleli, w takich

samych miejscach homologicznych chromosomów. Hybryda ż., hybryd m.

- wynik hybrydyzacji, czyli pomyślnego skrzyżowania lub połączenia

dwbeh odmiennych genetycznie osobników.

Idiotyp - całkowita suma dziedzicznych determinant obejmujących

genotyp (determinanty zlokalizowane w chromosomach jądra

komórkowego) oraz plazmotyp (determinanty pozajądrowe). Indukeja

genu lub operonu - proces uruchamiający ekspresję pojedynezego genu

lub szeregu genów wehodzących w skład operonu. Interfaza - częśE

cyklu życiowego komórki, zawarta między ukońezeniem jednego a

początkiem następnego podziału. Interferon - swoiste

drobnocząsteczkowe białko o aktywności przeciwwirusowej,

produkowane przez kombrki zakażone aktywnymi lub nieaktywnymi

DNAlub RNA-wirusami. Synteza interferonu jest indukowana przez

genom zakażonej kombrki-gospodarza jako synteza de novo. Mechanizm

dzialania interferonu polega na zahamowaniu syntezy cząstek wirusa

(białka i kwasu nukleinowego) we wezesnym okresie replikacji wirusa

w kombrce gospodarza. Intron - odcinek genu zawierający nukleotydy

nie ulegające transkrypeji w czasie syntezy białka. Insereja -

wstawienie do sekweneji DNA, pojedynezych czy pewnej liczby par

nukleotydbw. Inwersja - aberracja strukturalna w obrębie

chromosomu, polegająca na odwróceniu odcinka chromosomu, tak że

geny zawarte w tym odcinku leżą w nim w porządku odwrotnym, niż to

było pierwotnie. Inżynieria genetyczna - wprowadzenie do kombrek

organizmu biorcy ściśle zde

269

finiowanego odcinka DNA dawcy, odpowiadającego jednemu lub kilku geno-

mom bądź jednostkom transkrypeji, w eelu trwałego zmienienia

właściwości biorcy. Izochromosom - aberracja strukturalna powstała

wskutek nieprawidłowego, po- przecznego podziału centromeru

chromosomu macierzystego, co daje w wy- niku izochromosomy

składające się z dwu ramion homologicznych względem siebie - albo

krótkich albo długich.

Hariogram - zestaw chromosomów jednej dowolnie wybranej komórki.

Kariotyp - zestaw chromosombw typowych dla danego osobnika, grupy

osobników

lub gatunku, uszeregowany według umownej zasady, np. zależnie od

długości chromosomów, położenia centromeru itp. Klon- populacja

komórek lub organizmów pochodzących od pojedynezej komórki lub

wspólnego przodka drogą mitozy; reprodukeja klonu odbywa się

bezpłciowo. Klonowanie - reprodukeja bezpłciowa grupy komórek lub

całego organizmu z jednej, niezapłodnionej komórki.

Kod genetyczny - zasada zapisu, czyli kodowanie sekweneji

aminokwasowych w polipeptydach przez sekweneje nukleotydów w DNA i

w RNA. Kodominacja - występowanie alleli, które nie są związane

stosunkiem dominacji lub recesywności; produkty tych alleli są

wytwarzane niezależnie i ujawniają się fenotypowo. Kodon - triplet

nukleotydów, który warunkuje włączenie określonego aminokwasu do

określonego miesjca w łańcuchu polipeptydowym. Kodon inicjaeyjny -

kodon AUG (bądź GUG), który na początku zapisu o syntezie

polipeptydu w mRNA, stanowi sygnał do rozpoczęcia (inicjacji)

syntezy polipeptydu. Hodony nonsensowne - trzy kodony: amber (UAG),

ochre (UAA) i opal (UGA) nie rozpoznawane przez żaden rodzaj tRNA.

Umieszezone na końcu zapisu o syntezie polipeptydu stanowią kodony

terminacyjne - powodujące zakońezenie syntezy polipeptydu. Kodony

terminacyjne - patrz kodony nonsensowne.

Kompeteneja - zdolnośE komórek bakteryjnych do podjęcia,

zintegrowania i ekspresji informacji genetycznej, zawartej w

wielkocząsteczkowym DNA pokrewnych organizmów, czyli zdolnośE do

transformacji genetycznej w przebiegu różnicowania komórkowego.

Homplementarność - cecha charakterystyczna struktur, gdy jedna

odpowiada dru#iej, np. w p#pad# DNA każda z cech wyznacza strukturę

lub frakeję drugiej (dwa pasma w podwójnym łańcuchu DNA). W

przypadku genów działanie ich jest komplementarne, jeśli na skutek

ich interakeji dochodzi do powstania wspólnego efektu.

Homplementarność łaficuchbw w DNA (lub DNA i RNA) - występowanie w

dwóch łańcuchach kwasów nukleinowych takich sekweneji

nukleotydowych, które umożliwiają paw#tanie podwójnej helisy, w

której zasady G i C ora;# A i T(U) znajdują się naprzeciw siebie.

Letalność - występowanie genu lub genotypu, których ekspresja

prowadzi do śmierci ich nosicieli. Locus (loci) - miejsce

(miejsca).

Locus genetyczny - miejsce zajmowane przez gen w chromosomie lub na

mapie chromosomalnej, oznaczone metodami cytologicznymi lub

genetycznymi poprzez badanie rekombinacji genetycznej.

Mapa chromosomalna - linearny zapis lokalizacji genów w

chromosomie. Mapa genetyczna - graficzne przedstawienie pozycji

zajmowanych przez geny

270

w chromosomie, ustalone na podstawie częstości rekombinacji lub za

pomocą metod fizycznych. Mejoza - dwa sprzężone z sobą podziały

komórek płciowych, w wyniku których powstają komórki płciowe o

haploidalnej liczbie chromosomów, tzw. gamety. Metafaza - stadium

mitozy lub mejozy, w którym centromery wszystkich chromosomów

znajdują się w płaszczyźnie równikowej wrzeciona kariokinetycznego.

Miejsce genowe - patrz locus.

Mitoza - podział komórek somatycznych, w wyniku którego powstają

dwie komórki potomne, mające taką samą liczbę chromosomów i

identyczną informację genetyczną jak komórka macierzysta. Monoploid

- komórka lub organizm z pojedynczym haploidalnym zestawem

chromosomów. Monosomia - aberracja liczbowa polegająca na braku

jednego (monosomia pojedyncza), dwóch (monosomia podwójna) lub

kilku (monosomia wielokłotna) niehomologicznych chromosomów.

Monozygotyzm - identycznośE genotypbw oraz daleko posunięte

podobieństwo fizyczne i behawioralne u bliźniąt powstałych z

jednego jaja zapłodnionego jednym plemnikiem. Mozaika chromosomalna

- obecność w organizmie przynajmniej dwu linii komórkowych, o

rbżnych liczbowo lub strukturalnie kariotypach, pochodzących od

pojedynczej zygoty i powstałych w wyniku procesów przebiegających

już po zapłodnieniu. Mozaikowość - obecność w organizmie komórek

lub tkanek różniących się genotypem lub idiotypem. Mutacja -

dziedziczna zmiana materiału genetycznego, która nie jest wynikiem

ani segregacji, ani rekombinacji; dominujące mutacje letalne nie są

przekazywane następnym pokoleniom. Mutacja nonsensowna - mutacja

polegająca na zamianie kodonu sensownego na kodon nonsensowny,

przerywająca translację, czyli syntezę pol#peptydu. Mutaeja

punktowa - mutacja dotycząca tylko jednej pary nukleotydbw #v DNA.

Mutac„a zmiany sensu - mutacja polegająca na zamianie kodonu

sensownego na inny kodon sensowny, który oznacza inny aminokwas.

mRNA - RNA matrycowy, czyli informacyjny, stanowiący bezpośrednią

matrycę dla syntezy polipeptydu.

Nierozdzielność - brak rozdziału lub nierównomierne rozdzielenie

się siostrzanych chromatyd (w czasie mitozy) lub homologicznych

chromosomów (w czasie mejozy). Nukleazy - enzymy hydrolizujące

(depolimeryzujące) kwas nukleinowy. Enzymy działające na DNA zwane

są dezoksyrybonukleazami (DNA-zami), a działające na RNA

rybonukleazami (RNA-zami). Nukleazy atakujące cząsteczki kwasbw

nukleinowych od końców 3' i 5' zwane są egzonukleazami, zaś

atakujące cząsteczki wewnątrz łańcucha - endonukleazami.

Ontogeneza - rozwój osobnika, poeząwszy od momentu powstania zygoty

aż do śmierci. Ontogenezą nazywamy rozwój osobniczy a filogenezą -

rozwój rodowy. Operator - odcinek operonu, leżący pomiędzy

promotorem a genami strukturalnymi, do którego dołącza się

represor, co powoduje unieczynnienie operonu. Operon - układ genów

strukturalnych i towarzyszących im odcinków DNA o funkcjach

regulujących, ktbry umożliwia wspólne działanie genów wchodzących

w skład operonu. Liczba genów strukturalnych wchodzących w skład

różnych operonów może wynosić od jednego do kilkunastu.

271

Penetracja - przenikliwość, częstość, z jaką dominujący lub

recesywny gen w sta-nie homozygotycznym, bądź grupa genów, ujawnia

się w fenotypie nosicieli. Plazmid - każda autonomicznie

występująca determinata dziedziczności przenoszona niezależnie od

chromosomów, w przeciwieństwie do episomów, które są elementami

genetycznymi połączonymi z chromosomami. Pleiotropia - zjawisko

warunkowania przez jeden gen kilku, pozornie nie związanych ze sobą

właściwości fenotypowych. Poligenia - kontrola pojedynezej cechy

fenotypu przez wieie współdziałajacych genów. Cechę taką określamy

jako poligenową lub wielogenową. Poliginia - połączenie jednego

męskiego i dwbeh lub więcej żeńskich jąder w isomórce jajowej.

Polimorfizm genetyczny - regularne i jednoczesne występowanie w tej

samej populacji dwbeh lub więcej odrębnych genotypów (bez form

przej#eiowych), których obecności nie można wytłumaczyć

powtarzającymi się mutacjami. Polimorfizm chromosnmów -

występowanie jednego lub kilku chromosomów, w obrębie danej

populaeji, w #wu lub więcej wykluczających się wzajeninie formach

strukturalnych. Polipeptyd - łańcuch ponad dziesięciu aminokwasbw

połączonych wiązaniem peptydowym. Cząsteczka białka składa się z

pojedynezego polipeptydu albo z kilku identycznych lub różnych

polipeptydów. Poliploidia - obecność więcej niż dwu kompletnych

haploidalnych zestawów chromosomów, np. triploidia - 3#,

tetraploidia - 4n, oktaploidia - 8n. Populacja - zbiór organizmów

należących do jednego gatunku, występujących na określonym obszarze

oraz mogąeych krzyżować się między sobą i mieć potomstwo. Proband -

przypadek wstępny - osoba, której dolegliwości lub anomalie

zwróciły uwagę badacza na rodzinę lub/i spowodowały identyfikację

rodziny jaka wykazującej ryzyko genetyczne. Prokarionty - bakterie

i sinice - których komórki nie mają obłonionych jąder i organelli

komórkowych. Przedstawiają bardziej pierwotny poziom organizacji

komórlsi niż eukarionty. Pseudoallel - każda z dwu flub więcej)

mutacji, które są alleliczne w sensie funkcjonalnym, ale nie

strukturalnym. Pseurloallele zajmują na mapie genetycznej rbżne

pozveje i wykazują mały stopień rekombinacji genetycznej. Takie

mutacje u heterozygot ujawniają się fenotypowo w pozycji trans,

nabomiast nie ujawniają sig w pozycji cis. Przeszezsp allo#eniczny

- homologiczny, przeszezep od osobnika tego samego ;atunku, lecz

innego genotypowo. Przeszezep autogeniczny - autoprzeszezep,

przeszezep w obrębie tego samego osobnika. Przeszezep heterogen#czn

y - ksenogeniczny, przeszezep od dawcy jednego gatunku do biorcy

innego gatunku.

Rasa - grupa w obrębie gatunku, ktbra stanowi populację lub zespół

populacji, charakteryzująca się określoną częstotliwością genów.

Recesywna - określenie cechy lub warunkującego ją allelu, którego

działanie uwidacznia się dopiero u homozygot. Regu,latorowy gen -

kodujący białko represorowe (lub inne białko regulacyjne),

kontrolujące ekspresję genu lub zespołu genów (operonu).

Rekombinaej2 - proces prowadzący do powstania chromosomów, komórek

lub orgarrizmbw, ła.czących dwie lub więcej cech (genów), pod

wzgl4dem których różnili się ich "rodzice". Renaturacia DNA -

tworzenie się dwuniciowej helisy DNA, odwrotność procesu

denaturacji. Reperacja DNA - protes enzyxnatyczny polegający na

usuwaniu wsz#lkich uszkodzeń DNA, powstałych sponhanicznle lub w

wyniku działania mutagenów.

212

gśeplikacja DN# - proces syntezy nowych łańcuchów DNA na matrycy,

którą sta# nowią stare łańcuchy. Restrykeja - zjawisko polegające

na przecinaniu obcego, np. wirusowego, DNA; przez enzymy

restrykcyjne. HNA - kwas rybonukleinowy, polimer złożony z

rybonukleotydów; od DNA różni się występowaniem rybozy (zamiast

dezoksyrybozy) i uracylu (zamiast tyminy), oraz jednołańcuchowością

ze zdolnością tworzenia niei komplementarnej do DNA.

Segregacja - rozdzielenie się alleli danej pary i przejście ich do

różnych komórek potomnych, co następuje podezas mejozy, a czasem

również mitozy (w wyniku mitotycznego crossing-over). Selekeja

(áarwin, 1858) - zróżnicowanie i niegrzypadkowe odtwarzanie różnych

genotypów; najbardziej istotny czynnik ewolucji, powodujący

kierunkow# zmiany frekweneji genów i genotypów w populacji.

Socjobiologia - nauka badająca biologiczne podstawy wszelkich

zachowań socjalnych. Sprzężenie (Morgan, 1910) - łąezne

przekazywanie genów i uwarunkowanych przez nie cech fenotypowych,

spowodowane tym, że geny te są zlokalizowane blisk# siebie w tym

samym chromosomie lub w cząsteczce Iswasu nukleinowego. Spr#ężenie

z płcią (Morgan, 1914) - geny (i uwarunkowane przez nie cechy

fenotypowe) umiejscowione w chromosomaeh płciowych, określamy jako

sprzężone z płcią.

łeratogeny - czynniki środowiskowe powodujące powsianie z#:b-#irzeń

roz#vojowycl# u płodu. Transdukeja - przeniesienie informacji

genetycznej z jednej bakterii do innej z# pośrednictwem

wirulentnych lub umiarkowanyc?z bakteriofagów,. Transformacja -

przeniesienie informacji genetycznej w postaei fragmentu DiVA z

jednej komórki do drugiej oraz zintegrowanie jej z genomem komórk:.

Transformacja nowotworowa - zmiana komórki normalnej w nowotworowa,

ng. w wyniku integracji do chromosomu DNA wirusa onkogennego.

Transkrypeja (#rzepisanie) - biosynteza mRNA na odcinku DNA;

umożliwia przekazywanie informacji genetycznej zakodowanej w DNA na

mRNA. Translacja (przekład) - biosynteza łańeLacha peptydowego,

którego struktura I-rzędowa wyznaczana jest sekweneją nukleotydów

mftNA. '#ranslokacja - przemieszezenie odcinka chromosomu w nowe

położenie alba w obrębie tego samego chromosomu (tra.nslokacja

wewnętrzna), albo z jednego chromosomu do drugiego. Transłokacja

robertsonowska - połączenie centryczne ramion długich dwóch

akrocentrycznych chromosomów; jest ona zwykle translokacją

zrównoważoną. Translokacja zrównoważona - translokacja nie

powodująca zmian w fenotypie: Triploidia - obecnośe trzech

haploidalnych zestawów chromosomów. Trisomia - obecność trzech

homologicznych chromosoznów. tftNA - przenośnikowy RNA przenoszący

aminokwasy w proces:e translacji:

Uwarunkowanie eechy - wystąpienie ceehy zależy albo od jednej pary

alleli (u#va-runkowanie jednogenowe), albo od wielu genów

(uwarunkowańie wielogenowe), 1ub także od czynników środo###skowych

(uwarunkowanie wieloczyn= nikowe).

1B - Zarys genetyki

Wariancja - miara zmienności zbioru. Jest to suma kwadratów

odchyleń poszczególnych elementów zbioru od jego średniej.

Wariancja ma właściwości addytywności i można ją rozkładaE na

poszczególne elementy, np. wariancja eałkowita jest sumą wariancji

genetycznej i środowiskowej. Pierwiastek z wariancji jest to

odchylenie standardowe. #Vielogenowa cecha - patrz poligenia.

Wrodzona cecha lub wtaściwość - istniejąca w chwili urodzenia. Może

być spowodowana zarówno czynnikami teratogennymi, jak i

genetycznymi, przy ezym nie obejmuje wszystkich stanów

uwarunkowanych genetycznie (które mogą ujawnić się dopiero w wieku

późniejszym).

Zygota - komórka diploidalna powstała w wyniku połączenia się dwóch

#amet; zapłodniona komórka jajowa.

Po przeczytaniu Słownika porównaj następujące terminy:

Allel

Aneuploidia Biotyp

Chromatyda Cialko Barra Delecja

Dominacja Dziedziczny Egzon Episom

Euchromatyna Fenotyp

Filogeneza

Gameta Gatunek

Gen Gen

Genetyka Haploid

Homozygotyczność

Hybryda

Idiotyp

Kariogram Kodon Mitoza

Monosomia Mutacja

Penetracja Replikacja Sprzężenie Transdukcja Trisomia

Gen Euploidia Genotyp Chromatyna Ciałko Y Duplikacja Kodominacja

Wrodzony Intran Plazmid Heterochromatyna Fenokopia Ontogeneza

Zygota Rasa Cecha Genom Cytogenetyka Monoploid Heterozygotyczność

Chimera

Genotyp Kariotyp Kod g##netyczny Mejoza Trisomia Selekcja Ekspresja

Renaturacja Asocjacja Transkrypcja Triploidia

Chromosom

Translokacja Recesywność

Populacja Poligenia Genotyp Eugenika Diploid Hemizygotyczność

Mozaika chromosomalna Plazmotyp Idiogram

Interfaza

Dryf genetyczny

Restrykcja

Sprzężenie z płcią Translacja

Pleiotropia

Socjobiologia Poliploid

Mozaikowość

Translokacja

Wyszukiwarka