6. Генеалогічний і близнюковий методи. Хромосомні хвороби

Як вже зазначалося, це пояснюється тим, що батько передає свою Х-хромосому дочкам, а сини отримують від батька тільки Y-хромосому, яка ніколи не містить гена гемофілії, тоді як їх єдина Х-хромо-сома переходить від матері.

Нижче наведено основні захворювання, які успадковуються за рецесивним,

зчепленим зі статтю типом.

Агаммаглобулінемія, альбінізм (деякі форми), анемія гіпохромна, синдром Віскотта

- Олдрича, синдром Гутнера, гемофілія А, гемофілія В, гіперпаратиреої-дизм,

глікогеноз VI типу, нестача глюкозо-6-фосфат-дегідрогенази, нецукровий нефрогенний діабет, іхтіоз, синдром Лоу, хвороба Пельціуса - Мерцбахера,

періодичний параліч, пігментний ретиніт, псевдогіпер-трофічна форма міопатії,

хвороба Фабрі, фосфат-діабет, хвороба Шольца, кольорова сліпота .

Близнюковий метод. Метод полягає у вивченні закономірностей успадкування ознак моно- і дизи-готних близнюків. На даний час його широко застосовують у вивченні спадковості й мінливості людини для визначення співвідносної ролі спадковості і середовища у формуванні нормальних і патологіч-

них ознак. Він дозволяє виявити спадковий характер ознаки, визначити пенетрантність алеля, оцінити ефективність дії на організм деяких зовнішніх чинників (лікарські препарати, навчання, виховання).

Суть методу полягає в порівнянні прояву ознаки в різних групах близнюків із зважанням на подібність або розходження їхніх генотипів. Монозиготні близнюки,

що розвиваються з однієї заплідненої яйцеклітини, генетично ідентичні, оскільки мають 100 % загальних генів. Тому серед монозиготних близнюків спостерігається дуже високий відсоток кон-кордантних пар, у яких розвивається ознака в обох близнюків. Порівняння монозиготних близнюків, що виховуються за різних умов постембріонального періоду, дозволяє виявити ознаки, у формуванні яких істотна роль належить чинникам середовища. За цими ознаками між близнюками спостерігається дискордантність, тобто розходження.

Встановлення співвідносної ролі спадковості і середовища в розвитку різноманітних патологічних станів дозволяє лікареві вірно оцінити ситуацію і проводити профілактичні заходи при спадковій схильності до захворювання.

Труднощі близнюкового методу пов'язані, по-перше, з відносно низькою

частотою народження близнюків у популяції (1:86-1:88), що ускладнює

Тест для визначення кольоросприйняття за таблицями Рабкіна.

добір достатньої кількості пар з даною ознакою; по-друге, з ідентифікацією монозиготності близнюків, що має велике значення для одержання достовірних результатів. За допомогою близнюкового методу проведені численні дослідження природи схильності до серцево-судинних хвороб.

Для оцінки ролі спадковості у розвитку тієї чи іншої ознаки роблять розрахунки за формулою .

Близнюковий метод показує спадкову схильність до деяких інфекційних хвороб

(туберкульоз, поліомієліт). Конкордантність монозиготних близнюків стосовно цих захворювань у декілька разів вища, ніж дизиготних.

Цитогенетичний метод, його значення.

Цитогенетичний аналіз дозволяє записувати діагноз спадкового захворювання у вигляді каріотипі-чної формули.

Цитогенетичний метод (метод хромосомного аналізу) ґрунтується на мікроскопічному дослідженні структури і кількості хромосом. Він набув широкого застосування у 20-і роки XX ст., коли було отримано перші відомості про кількість хромосом у людини. У 30-х роках були ідентифіковані перші 10 пар хромосом.

У 1956 р. шведські вчені Дж. Тийо і А. Леван вперше довели, що у людини 46

хромосом.

Цитогенетичний метод використовують для:

• вивчення каріотипів організмів;

•уточнення числа хромосомних наборів, кількості і морфології хромосом для діагностики хромосомних хвороб;

•складання карт хромосом;

•для вивчення геномного і хромосомного мутаційного процесу;

•вивчення хромосомного поліморфізму в людських популяціях.

Хромосомний набір людини містить велику кількість хромосом, основні відомості про які можна отримати при вивченні їх в метафазі мітозу і профазі -

метафазі мейозу. Клітини людини для прямого хромосомного аналізу отримують шляхом пункції кісткового мозку і біопсії гонад, або непрямим методом — шляхом культивування клітин периферичної крові (лімфоцити), коли отримують значну кількість метафаз. Непрямим методом досліджують також клітини амніотичної рідини або фібробласти, отримані при амніоцентезі або біопсії хоріона, клітини абортусів, мертвонароджених та ін.

Частіше досліджують хромосоми в лімфоцитах периферичної гепаринізованої крові. Для стимуляції мітозу додають фітогемаглютинін, а для зупинки мітозу -

колхіцин. Препарат забарвлюють ядерними барвниками: 2 % розчином ацеторсеїну, азурезином, барвником Унна, розчином Гімза та ін. Накривають покривним скельцем, видаляють надлишок барвника фільтрувальним папером,

розглядають під мікроскопом з масляною імерсією.

Останнім часом всі дослідження в цитогенетиці людини проводять із застосуванням методів дифе-ренційного забарвлення хромосом, які дозволяють відрізнити кожну хромосомну пару. Існує декілька способів забарвлення: Q, G, С, R

У вирішенні питань діагностики хромосомних хвороб різні методи диференційного забарвлення застосовують у комбінації. Завдяки диференційному забарвленню хромосом можна виявити незначні хромосомні по-ламки: невеликі делеції,

транслокації та ін.

Отримавши мікропрепарат, вивчають його візуально та складають ідіограму каріотипу, тобто впорядковане розміщення кожної пари хромосом за інди-

відуальними ознаками відмінностей: загальна довжина хромосоми, форма,

розташування центромери.

Більшість хромосом за таким методом можна тільки віднести до певних груп згідно з Денверською класифікацією.

Цей метод дозволяє діагностувати багато спадкових хвороб, вивчати мутаційний процес, складні перебудови і найменші хромосомні аномалії у кліти-

нах, які вступили у фазу поділу та поза поділом.

На хромосомний аналіз направляються пацієнти з множинними уродженими вадами розвитку, діти з затримкою фізичного і психомоторного розвитку,

пацієнти з недиференційованими формами олігофренії (недоумства), з порушенням статевого диференціювання, жінки з порушенням менструального циклу

(первинна або вторинна аменорея), сім'ї з без-

пліддям, жінки зі звичним невиношуванням вагітності (викидні,

мертвонароджені).

Статевий хроматин (тільця

Барра)( / ) .

Метод вивчення статевого хроматину, його значення. Поряд з вивченням

мітотичних хромосом, певного діагностичного значення набуває спостереження інтерфазних клітин. Відмінною ознакою жіночої статі є вміст в інтерфазних ядрах статевого хроматину, або тілець Барра.

У 1949 р. Барр і Бертрам при вивченні нервових клітин кішки виявили в ядрах невеличке інтенсивно забарвлене тільце, якому дали назву "сателіт ядра". Пізніше було доведено, що воно міститься тільки в ядрах клітин самок і його можна розглядати як ознаку, що відрізняє клітини самок від клітин самців.

Це тільце отримало назву статевий хроматин, або тільце Бара.

Статевий хроматин знаходиться тільки в ядрах клітин самок тварин, які мають

X- і Y-хромосоми. Після забарвлення ця грудочка хроматину розташована поблизу ядерця, біля ядерної оболонки або лежить вільно в каріоплазмі.

Локалізація статевого хроматину всередині ядра відносно постійна для клітин певного типу тканин.

Встановлено, що статевий хроматин є не що інше, як одна із Х-хромосом, яка під час інтерфази знаходиться в гетеропікнотичному стані. На стадії бластоцисти

одна з Х-хромосом, материнського або батьківського походження,

інактивується.

У жінок статевий хроматин виявляється в 20-60 % ядер. Кількість грудочок статевого хроматину завжди на одиницю менша, ніж число Х-хромосом. У нормі в жінок у кожному ядрі міститься одне тільце статевого хроматину. Порушення кількості Х-хромосом призводить до зміни кількості статевого хроматину, а в індивідуума типу 48, ХХХХ їх буде три. При типі 45, Х0 (синдром Тернера)

статевий хроматин відсутній.

У чоловіків з каріотипом 46, XY статевого хроматину немає. При каріотипі 47,

XXY визначається одна грудочка статевого хроматину, з каріотипом 48, XXXY -

дві грудочки.

Статевий хроматин виявляється також у нейтрофілах у вигляді виросту (так звані "барабанні палички"), у вагінальному епітелії або в клітинах волосяної цибулини.

Y-хроматин Для виявлення чоловічого Y-статевого хроматину (F-тільця)

мазки фарбують акрихіном і розглядають з допомогою люмінесцентного

мікроскопа. Y-хроматин - це часточка, що інтенсивно світиться, яка за величиною й інтенсивністю світіння відрізняється від інших хромоцентрів. Він виявляється в ядрах клітин чоловіків. Кількість Y-тілець відповідає числу Y-

хромосом у каріотипі.

При забарвленні ядра флуоресціюючими барвниками Y-хромосома відрізняється від інших хромосом інтенсивним світінням свого довгого плеча. Ця властивість зберігається і в інтерфазних ядрах (наприклад, у клітинах слизової оболонки рота, в клітинах волосяної цибулини, клітинах амніотичної рідини і в лейкоцитах, а також у сперміях).

Флуоресціююча світла цяточка іноді нагадує двокрапку і виявляється у великому відсотку всіх клітин з Y-хромосомою. Y-тільця мають широку варіабельність форми і компактності.

Частота Y-хроматинпозитивних ядер у клітинах слизової щоки у здорового чоловіка в середньому складає 25-50 %. Дослідження статевого хроматину дозволяє без каріологічного аналізу визначити набір статевих хромосом. Воно проводиться при масових обстеженнях населення з метою скринінгу для більш детального вивчення хромосом.

Метод гібридизації соматичних клітин. Соматичні клітини містять увесь об'єм генетичної інформації. Це дає можливість вивчати багато питань генетики людини, які неможливо досліджувати на цілому організмі. Соматичні клітини людини отримують із різних органів (шкіра, кістковий мозок, клітини крові,

тканини ембріонів). Найчастіше використовують клітини сполучної тканини

(фібробласти) і лімфоцити крові. Культивування клітин поза організмом дозволяє отримувати достатню кількість матеріалу для дослідження, який не завжди можна взяти в людини без шкоди для здоров'я.

Клітини культури тканини можна використовувати для вивчення різними методами: цитологічним, біохімічним, імунологічним тощо. Таке досліджен ня може бути у ряді випадків більш точним, ніж на рівні цілісного організму, бо метаболічні процеси вдається виділити із складного ланцюга взаємопов'язаних реакцій, які відбуваються в організмі.

У 1960 р. французький біолог Ж. Барський, вирощуючи поза організмом у культурі тканини клітини двох ліній мишей, виявив, що деякі клітини за своїми морфологічними і біохімічними ознаками були проміжними між вихідними батьківськими клітинами. Ці клітини виявилися гібридними. Таке спонтанне злиття клітин у культурі тканини відбувається досить рідко. Згодом виявилося,

що частота гібридизації соматичних клітин підвищується при введенні в

культуру клітин РНК-вмісного вірусу парагрипу Сендай, який, як і взагалі всі віруси, змінює властивості клітинних мембран і робить можливим злиття клітин.

Вірус Сендай попередньо опромінювали ультрафіолетом. Він втрачав свої вірулентні властивості, але зберігав здатність впливати на злиття клітин. У

змішаній культурі двох типів утворюються клітини, які містять у спільній цитоплазмі ядра обох батьківських клітин - гетерокаріони. Більшість гетерокаріонів гине, але ті, які містять тільки два ядра, часто продовжують свій розвиток, розмножуючись поділом. Після мітозу і наступного поділу цитоплазми із двоядерного гетерокаріону утворюються дві одноядерні клітини, кожна з яких являє собою синкаріон - справжню гібридну клітину, яка має хромосоми обох батьківських клітин.

Гібридизація соматичних клітин проводиться в широких межах не тільки між різними видами, але й типами: людина і миша, людина і комар, муха і курка тощо.

Залежно від мети аналізу, дослідження проводять на гетерокаріонних або синкаріонних клітинах. Синкаріони зазвичай вдається отримати при гібридизації у межах класу. Це справжні гібридні клітини, бо в них відбулося поєднання двох геномів. Наприклад, гібридні клітини людини і миші мають 43 пари хромосом: 23 -

від людини і 20 - від миші. Згодом, при розмноженні цих клітин частка вихідних геномів різна. Відбувається поступова елімінація хромосом того організму, клітини якого мають повільніший темп розмноження. За допомогою цього методу прово-

диться картування хромосом у людини.

Використання методу гібридизації соматичних клітин дає можливість вивчати механізми первинної дії і взаємодію генів. Культури соматичних клітин

використовуються для визначення мутагенної дії факторів навколишнього середовища. Розширюються можливості точної діагностики хвороб на біохімічному рівні у дорослих і до народження у плодів (пренатальна діагностика). Для подальшого удосконалення цих методів необхідно нагромаджувати лінії клітин з генними і хромосомними мутаціями. Вже організовані "банки" клітинних ліній.

Молекулярно-генетичні методи. Це різноманітна група методів, що застосовуються для виявлення варіацій у структурі досліджуваної ділянки ДНК,

а також для розшифровування первинної послідовності основ. Ці методи ґрунтуються на "маніпуляціях" з ДНК і РНК.

Основні етапи молекулярно-генетичних методів

1. Отримання зразків ДНК або РНК – вихідний етап всіх методів. Джерелом геномної ДНК є будь-які клітини, що мають ядро. Частіше використовують периферійну кров (лейкоцити), хоріон, амніотичні клітини, культури фібробластів.

Основне завдання - накопичення необхідної кількості певних фрагментів ДНК.

Полімеразна ланцюгова реакція (ПЛР) – це метод ампліфікації ДНК за умов in vitro. Відповідно до нуклеотидної послідовності кінців досліджуваної

2. ділянки застосовують два олігонуклеотидних прай-мери (приманки).

Довжина праймерів 20-30 нуклеотидів. Процес ампліфікації полягає у здійсненні повторюваних циклів.

3. Рестрикція ДНК на фрагменти за допомогою рестриктаз. Основна їх властивість – розривати дволанцюгову ДНК у визначених послідовностях нуклеотидів. Рестриктази - ферменти, виділені з бактеріальних клітин, розрізають молекулу ДНК на фрагменти у визначених місцях. Застосування цих ферментів дає можливість одержати досить короткі фрагменти ДНК, в яких легко можна визначити послідовність нуклеотидів. Розробка методу зворотної транскрипції ДНК на молекулах мРНК визначених білків з наступним клонуванням цих ДНК призвела до появи ДНК-зондів. Використання таких зондів для гібридизації з ДНК-клітин пацієнта дає можливість точно локалізувати генну мутацію.

4.Електрофорез фрагментів ДНК. Кожен фрагмент ДНК займає певне місце у вигляді дискретної смуги в конкретному місці геля.

5.Візуалізація та ідентифікація фрагментів ДНК у гелі.

Розроблено й інші методи виявлення специфічних фрагментів ДНК за допомогою блотгібридизації за Саузерном.

Біохімічні методи. Біохімічні методи спрямовані на виявлення біохімічного фенотипу організму. Вперше біохімічні методи почали застосовувати для діагностики генних хвороб ще на початку XX сторіччя. За останні роки їх широко використовують для пошуку нових мутантних апелів. За їхньою до-

помогою описано понад 1000 спадковиих хвороб обміну речовин. Для більшості з них виявлений дефект первинного генного продукту. Найбільш поширеними серед таких захворювань є хвороби, пов'язані з дефектом ферментів, структурних,

транспортних або інших білків. Дефекти ферментів установлюють шляхом визначення вмісту в крові і сечі продуктів метаболізму, що є результатом функціонування даного білка. Дефіцит кінцевого продукту, що супроводжується накопиченням проміжних і побічних речовин порушеного метаболізму, свідчить про дефект ферменту або його дефіцит в організмі. Об'єктами біохімічної діагностики є сеча, піт, плазма і сироватка крові, формені елементи крові, культури клітин (фібробласти і лімфоцити). Програми первинної біохімічної діагностики спадкових хвороб можуть бути масовими і селективними. Відомі масові просіюючі програми для діагностики фенілкетонурії, спадкового гіпотиреозу і та ін.

Наприклад, біологічним матеріалом для скринінг-діагностики фенілкетонурії є висушені плями капілярної крові новонароджених на хроматографічному папері.

У плямах крові визначають кількість фенілаланіну за допомогою одного із методів: мікробіологічний тест Гатрі, флуориметрія, роздільна хроматографія на папері, тонкошарова хроматограф; і.

Селективні діагностичні програми передбачають перевірку біохімічних аномалій обміну (сеча, кров) у пацієнтів з підозрою на генні спадкові хвороби. У селективних програмах використовуються прості якісні реакції (тест із хлоридом заліза для виявлення фенілкетонурії). Наприклад, за допомогою тонкошарової хроматографії сечі і крові діагностують спадкові порушення обміну амінокислот, глікозаміногліканів.

Газова хроматографія застосовується для виявлення спадкових хвороб обміну