Genetică Medicală
.
CURS
GENETICA MEDICALA PENTRU STUDENTII PROGRAMULUI ASISTENTA MEDICALA GENERALA
AUTOR
SANDA MARCHIAN
(varianta scurtata)
1
Genetică Medicală
.
CAPITOLUL 1 ORGANIZAREA ŞI FUNCŢIA MATERIALULUI GENETIC ASPECTE GENETICE ÎN MEDICINĂ
♦ Genetica medicală este ramura medicinii care se ocupă de transmiterea, diagnosticul şi tratamentul bolilor cauzate de mutaţia unei gene, anomaliilor cromozomiale şi predispoziţiilor multifactoriale, acordând atenţia cuvenită profilaxiei prin sfat genetic şi screening.
♦ Genetica clinică este aplicarea geneticii la problemele clinice din familii şi la pacienţi. ♦ Dismorfologia studiază anomaliile dezvoltării morfologice. ♦ Medicina moleculară este aplicarea clinică a biologiei moleculare la diagnosticul şi tratamentul bolii. Tipuri de boli genetice 1. Boli monogenice cu transmitere mendeliană: semnele clinice se datoresc mutaţiei unei singure gene care se transmite mendelian: a. autosomal dominant–gena mutantă este localizată pe un autosom având expresivitate fenotopică când o singură alelă a cuplului de gene a suferit mutaţia (ex: coreea Huntington) b. autosomal recesiv – boala se manifestă fenotipic când ambele gene alele au suferit aceeaşi mutaţie (ex: fibroza chistică) c. sex – lincat când gena mutantă este localizată pe unul din cromozomii sexuali: X-lincat (ex: distrofia musculară tip Duchenne) sau Y-lincat (hipertrichoza urechilor) 1. Anomalii cromozomiale: constau în modificări ale numărului sau structurii cromozomului (ex.: s. Down, s. Turner) 2. Boli multifactoriale (cu determinare polifactorială ) rezultă din efectele combinate ale multiplelor influenţe genetice şi nongenetice (ecologice)
Incidenţa bolilor genetice şi a celorlalte boli congenitale cu debut înainte de 25 ani este apreciată astăzi
• • • • • •
la aproximativ 79/1000 de n.n. Aceasta înseamnă că sunt excluse cea mai mare parte dintre bolile comune ale adultului (hipertensiunea arterială, diabetul zaharat noninsulino-dependent, bolile coronariene, cancerul care au determinism polifactorial dar de obicei debută după 25 ani.). Bolile monogenice se întâlnesc cu o frecvenţă de 3,6/1000 n.n. Bolile autosomal recesive au incidenţa de 1,7/1000 n.n. Bolile X-lincate au o incidenţă de 0,5/1000 n.n. Bolile cromozomiale apar cu o incidenţă de 1,8/1000 n.n. Bolile polifactoriale cu debut înainte de 25 ani au o incidenţa de 46,4/1000 n.n. Bolile care sunt considerate genetice, dar pentru care nu poate fi precizat mecanismul de producere, au o incidenţă estimată la 1,2/1000 n.n. În această categorie este inclusă retinita pigmentară, surditatea genetică sau sindromul Usher care pot fi transmise atât autosomal dominant sau recesiv cît şi X-lincat şi nu rareori, în anumite cazuri, etiologia nu poate fi precizată.
•
Incidenţa celorlalte anomalii congenitale este aproximativ 26/1000 n.n.
ORGANIZAREA MATERIALULUI GENETIC STRUCTURA ŞI FUNCŢIA GENEI Structura genei Genele sunt structurate din ADN (acid dezoxiribonucleic dublu catenar) care codează sinteza de proteine prin poziţionarea şi încatenarea aminoacizilor în lanţuri polipeptidice.
•
Genomul uman este format din întreaga cantitate de ADN şi în consecinţă de totalitatea genelor dintrun set haploid de cromozomi. La om sunt 23 de cromozomi fiecare format din aproximativ 3 x 109 perechi de baze (în contrast cromozomul de Ech. Coli conţine numai 4 x 106 perechi de baze). 2
Genetică Medicală
.
•
Moleculele de ADN sunt formate din două catene corespunzătoare răsucite una în jurul celorlalte (“modelul helicoidal”). Fiecare catenă are în structura sa patru tipuri de nucleotide, fiecare nucleotid fiind alcătuit din dezoxiriboză (dR), radicalul fosfat (P) şi o bază purinică: adenina (A) şi guanina (G) sau pirimidinică: timina (T) şi citozina (C). Lanţul polinucleotidic este realizat de legăturile 3` - 5 ` fosfodiester dintre radicalul fosfat (C5) al unui nucleolid şi C3 al nucleotidului învecinat. Structura bicatenară este realizată prin legăturile de hidrogen dintre bazele purinice şi pirimidinice ale celor două catene complementare şi codeterminate (A=T, C ≡ G). Capetele 5` respectiv 3` ale catenei de ADN sunt notate convenţional astfel: 5` la stânga şi indică secvenţa de început a genei, iar 3` se notează la dreapta şi indică secvenţa din finalul genei. Genele sunt sintetizate în direcţie 5` - 3`.
Fig. 1. Structura ADN (după Gelehrter TD, Collins FS)
FUNCŢIILE ADN-ULUI
a) Replicarea. În timpul diviziunii celulare ADN-ul celulei parentale se replică prin separarea celor 2 catene ale dublului helix şi sinteza unei catene noi complementare pe fiecare catenă matriţă. Catena fiică va realiza prin legături de hidrogen (două legături între A şi T, trei 3
Genetică Medicală
.
legături între C şi G) cu catena matriţă – mamă, ADN-ul dublu catenar al fiecărei celule fiice care va purta aceeaşi informaţie ereditară cu celula parentală. b) Transcripţia. Procesul se realizează prin formarea ARN – mesager (ARN-m) graţie unui cod chimic (relaţia de complementaritate între bazele azotate) cu intervenţia specifică a transcriptazei (ARN polimerază ADN - dependentă). Sinteza m ARN se face în nucleu, mai puţin de 10 % din ADN-ul uman este transcris în m-ARN . Din nucleu ARN-ul mesager se deplasează în citoplasmă legat de proteine şi Mg++ formând informozomii. * deosebirile dintre ADN şi ARN: în ARN zahărul este reprezentat de riboză şi uracilul (U) o bază pirimidimică înlocuieşte timina, astfel relaţia complementară dintre bazele azotate devine G-C şi A-U c) Translaţia este un proces care are loc pe ribozomii din citoplasmă şi în care informaţia codată în m-ARN este translatată într-o catenă specifică polipeptidică prin poziţionarea într-o anumită ordine a celor 20 de aminoacizi din citoplasmă (vezi tabel nr.1). • Fiecare aminoacid este codat de trei perechi de baze azotate (triplet) care alcătuiesc un codon. Primele 2 nucleotide ale codonului sunt specifice pentru funcţia codonului, a treia bază poate să fie diferită fără să modifice sensul acestuia (ex.: tripletul m-ARN specific pentru poziţionarea argininei poate fi CGU, CGC, CGA sau CGG) Tipuri de ADN a) ADN repetitiv. Majoritatea ADN-ului nu structurează gene, dar alcătuieşte secvenţe scurte sau lungi repetitive. Majoritatea secvenţelor scurte repetitive (SINES) sunt reprezentate de familia Alu, care este repetată de aproximativ 300.000 – 900.000 de ori în genomul uman. Comune pentru secvenţa Alu sunt 300 de perechi de baze azotate care alcătuiesc secvenţa consens (o “secvenţă consens” este un polinucleotid ideal în care fiecare bază are o poziţie particulară pentru fiecare specie şi pentru fiecare individ din cadrul speciei). Funcţia secvenţei Alu este încă necunoscută şi rolul său în genomul uman rămâne încă un mister. Secvenţele lungi repetitive (LINES) conţin 6.400 perechi de baze azotate în secvenţe consens. Capătul 5` al secvenţelor LINE este diferit dar există segmente omoloage la nivelul capătului 3` . Capătul 5` este prezent de aproximativ 4.000 – 20.000 de ori în genom, în timp ce capătul 3` este prezent cu o frecvenţă mai mare (50 – 100.000 de ori). Ca şi pentru secvenţa Alu funcţia acestor secvenţe de ADN este necunoscută a) ADN-ul nerepetitiv conţine secvenţele care codează sinteza m-ARNului. În general genele conţin ADN nerepetitiv care codează informaţia pentru diferite forme de ARN şi proteine. • Majoritatea ADN-ului nerepetitiv apare o dată în genomul uman • Celulele diploide care au două seturi de 23 cromozomi, au câte 2 copii ale fiecărei gene şi de aici două copii ale fiecărei secvenţe de ADN nerepetitiv • Pseudogenele sunt catene de ADN homologe genelor normale, de altfel există modificări minore care interesează transcripţia sau translaţia acestor gene.
•
Organizarea genelor
Fig. 2. Structura genei • • •
• •
Exonii sunt porţiunile funcţionale ale genei care codează sinteza proteinelor Intronii sunt secvenţe care nu codează proteine. Sunt agenţi ai instabilităţii genetici cu rol dovedit în evoluţie şi reglajul genetic. Graniţa între exoni şi introni este bine delimitată şi frecvent primele două baze de la capătul 5` al fiecărui intron sunt GT, iar ultimele două baze de la capătul 3` ale intronului sunt AG Exonul este precedat de tripletul ATG - codonul start sinteză care iniţiază translaţia şi specifică începutul sintezei proteice. Unitatea transcripţională (gena) începe cu 2 secvenţe caracteristice: 4
Genetică Medicală
.
* cutia CCAAT – conţine 70 – 90 perechi baze şi are rol în reglajul transcripţional * cutia TATA conţine regiuni bogate în perechi AT ori joacă un rol important în reglajul transcripţiei
•
codonul stop sinteză se află la capătul 3` al genei şi poate fi TAA, TAG, TGA
5
Genetică Medicală
.
SINTEZA PROTEICĂ
Fig. 3. Sinteza proteică Transcripţia: este procesul de sinteză a unei catene de m-ARN cu secvenţionalitate complementară cu catena mamă a ADN-ului. • Fiecare catenă a ADN-ului poate servi drept matriţă pentru transcripţie. • Cutia TATA şi CCAAT de la capătul 5` de iniţiere al transcripţiei sunt recunoscute de factorii de iniţiere transcripţionali, după activarea acestora sub acţiunea ARN- polimerazei se sintetizează (prin complementaritate) o catenă de ARN-m care se întinde de la capătul 5` spre 3` şi cuprinde atât secvenţele intronice cât şi secvenţele exonice. Această catenă lungă este foarte instabilă şi va suferi în scurt timp modificări care în final vor duce la formarea m-ARNului.
•
•
Procesarea (matissarea , splicingul) Intronii sunt eliminaţi şi exonii sunt reuniţi împreună, la capătul 5’ se adaugă secvenţa CAP iar la capătul 3’ secvenţa poliA care conferă stabilitate , rezultând un m-ARN matur care poate fi transferat din nucleu în citoplasmă Mecanismul intim şi precis al matissării m-ARN-ului nu este pe deplin cunoscut, dar este evident că secvenţele de la capetele 5`- 3` ale graniţei exon/intron (respectiv GT şi AG), sunt esenţiale pentru desfăşurarea corectă a procesului de maturare a m-ARN-ului.
6
Genetică Medicală
.
Translaţia – este procesul în care matriţa m-ARN, derivată din catena codificatoare de ADN, este convertită într-un polipeptid. Acest proces se desfăşoară în citoplasmă pe ribozom în direcţie 5` - 3` a). m-ARN se fixează cu secvenţa CAP pe locusul P al ribozomului. Codonul start sinteză va poziţiona aici metionina b). m-ARN-ul se deplasează pe ARN-ul ribozomal derulând peste locusul A al ribozomului fiecare codon (triplet de nucleotide) care poziţionează un anumit aminoacid. c). ARN -t (de transport) este mol Efect fondator = frecvenţa crescută a unei gene mutante într-o populaţie fondată dintr-un grup mic, ancestral, în care unul sau mai mulţi fondatori a fost purtător al genei mutante Endonucleaza de restricţie = o enzimă produsă de o bacterie, care poate recunoaşte o secvenţă specifică de ADN şi să taie molecula de ADN dublu caternar la nivelul situsului de restricţie Enzimopatie = o boală metabolică care a rezultat din alterarea sau deficienţa unei enzime Epigenetic = orice factor care influenţează fenotipul fără să schimbe genotipul Ereditate mitocondrială=transmiterea unei boli care este codată în genomul mitocondrial Ereditate multifactorială = caractere determinate de un factor genetic + un factor de mediu Erori înnăscute de metabolism = boală genetică care induce o modificare biochimică materializată în tulburarea unei linii metabolice Eucariot = un organism unicelular sau pluricelular în care celulele au nucleu cu membrană nucleară şi alte caracteristici specifice Eucromatina = cromatina activă care se decondensează în timpul interfazei Eugenie = îndepărtarea, eliminarea produşilor de concepţie din motive bine întemeiate (purtători ai unei genopatii diagnosticate) Euploid = numărul de cromozomi este un multiplu întreg al setului haploid (n) din gamete Exon = o regiune transcriptibilă din genă care este prezentă în m-ARN matur Expresivitate = contextul în care un genotip se exprimă fenotipic; dacă expresivitatea este variabilă poate fi medie sau severă, dar niciodată complet absentă dacă individul are genotipul incriminat Familial = orice caracter care este mai comun la rudele unui individ decât în populaţia generală, fie că este de cauză genetică, fie ecologică, fie amândouă Familie de gene = un set de gene care conţin exoni înrudiţi, demonstrând că genele au evoluat dintr-o genă ancestrală prin duplicaţie Fetoscopie = o tehnică care oferă vizibilitate directă asupra fătului în cavitatea uterină Fitness = capacitatea reproductibilă de transmitere a genelor în generaţia următoare şi supravieţuitorii acesteia să le transmită mai departe, în relaţie cu media probabilă de supravieţuire a generaţiei Fondul genetic = toate genele prezente pe un locus dat într-o populaţie Gamete = o celulă sexuală (ovul sau spermatozoid) cu un număr haploid de cromozomi Gemeni dizigoţi = gemeni rezultaţi din fecundarea separată a două ovule Gemeni monozigoţi = derivă din aceeaşi celulă ou şi sunt identici din punct de vedere genetic Genă = o unitate genetică; o secvenţă de ADN cromozomial care este răspunzătoare pentru sinteza unui produs proteic funcţional Genă candidat = în studiul bolilor monogenice reprezintă o genă a cărei localizare este cunoscută într-o regiune de interes, care codează un produs biochimic şi sugerează implicarea genei în producerea bolii respective Genă letală = o genă care afectează capacitatea de reproducere Gene comune = genele moştenite de doi indivizi de la aceeaşi sursă de origine Gene homeobox = o genă cu 180 pb care codează regiunea “homeobox” cu rol în reglarea expresiei genelor şi în dezvoltare Gene “house keeping”= gene cu expresie în majoritatea sau toate celulele, pentru că produsul pe care-l codează îndeplineşte funcţii de bază Gene reglatoare = o genă care codează ARN sau molecule proteice care reglează expresia altor gene Genă structurală = o genă care codează un ARN sau o proteină Gena supresoare tumorală = o genă normală care are rol în reglarea creşterii celulare; mutaţia recesivă a acestei gene poate duce la dezvoltarea tumorii Genetic = determinat genetic; a nu se confunda cu congenital Genom = secvenţă completă de ADN care conţine întreaga informaţie genetică a unui gamete, a unui individ, populaţie sau specie Genotip = constituţie genotipică când se referă la genom =alelele prezente pe acelaşi locus geni într-o pereche de cromozomi Grup sanguin = o caracteristică determinată genetic de antigenul de pe suprafaţa hematiilor; antigenele sunt determinate de un set de gene alele care determină sistemul ABO Haploid = numărul cromozomilor dintr-un gamete normal, la om 23 de cromozomi Haplotip = un grup de alele din loci strâns lincaţi, transmişi ca o unitate =un set de fragmente de restricţie strâns lincate unul de celălalt şi împreună de o genă studiată 7
Genetică Medicală
.
Hartă genică = reprezentarea localizării genelor pe un cromozom Hemizigot = termenul care descrie genotipul unui individ care prezintă doar un cromozom sau un segment cromozomial; se referă la perechea XY Heritabilitate = o măsură statistică a gradului de determinare genetică a unui caracter Heterocarion = o celulă cu 2 nuclei separaţi formată din fuziunea a două celule genetic diferite Heterocromatina= cromatina care se colorează întunecat în timpul ciclului celular chiar şi în interfază; se replică tardiv şi în general este inactivă genetic Heterogenitate alelică = alele mutante diferite pe acelaşi locus, fiecare capabil să producă un fenotip anormal Heterogenitate clinică = fenotipuri clinice diferite produse de aceeaşi mutaţie genică Heterogenitate genetică=apariţia unor fenotipuri similare prin mecanisme genetice diferite Heteromorfism = o morfologie normală sau variante de colorare ale unui cromozom Heteroploidie = orice număr de cromozomi altul decât cel normal Heterozigot = un individ sau un genotip cu două alele diferite pe acelaşi locus geni într-o pereche de cromozomi omologi Heterozigot compus= un genotip sau un individ cu două alele mutante diferite pe acelaşi locus geni Heterozigot manifest = femeie heterozigot pentru o boală X-lincată când este înlăturat X-ul normal Hibridizare in situ = identificarea unei gene prin hibridizare moleculară într-o secvenţă de c-ADN, evidenţiată prin radioactivitate sau fluorescenţă într-un cromozom pe un preparat Himeră = un tip de celulă compusă din doi zigoţi diferiţi Histocompatibilitate = o gazdă va accepta o grefă particulară numai dacă există histocompatibilitate între ele: grefa nu conţine antigene care lipsesc organismului primitor Histone = proteine care se asociază cu ADN-ul în cromozomi Holandric= transmiterea ereditară legată de cromozomul Y Homozigot = un individ sau un genotip cu alele identice pentru un locus dat pe o pereche de cromozomi omologi Imprinting = exprimarea diferenţiată a materialului genetic de la nivelul unui cromozom sau al unei alele, în funcţie de moştenirea lui pe linie maternă sau paternă Inserţie = o mutaţie cromozomială prin care un segment ADN de pe un cromozom este inserat într-un alt cromozom neomolog Interfază = o parte a ciclului celular dintre două mitoze succesive Intron = un fragment dintr-o genă care după ce este transcris pe pre m-ARN este îndepărtat în timpul splicingului (matissării) Inversie = un rearanjament cromozomial în care un segment al cromozomului este rotit cu 1800 Izocromozom = un cromozom anormal în care un braţ este duplicat, iar celălalt braţ este pierdut Izolat = o subgrupă populaţională în care încrucişarea se realizează numai între membrii acestei comunităţi Împerechere asortativă = selecţia unui mascul pentru un genotip preferenţial Legea Hardy –Weinberg = gena care raportează frecvenţa genei în populaţie la frecvenţa genotipurilor, în studiile de genetică clinică permite determinarea frecvenţei alelei şi a heterozigoţilor Linie germinală = linia celulară din care derivă celulele sexuale Lincaj, linkage = genele de pe acelaşi cromozom care se transmit împreună în meioză (contrast cu sintenism) Lod score= o metodă statistică care testează markerii genetici într-o familie dată pentru a determina dacă doi loci sunt lincaţi; este logaritm în baza 10 din diferenţe în favoarea lincajului; Lod score 3 (1000 : 1 pentru) = lincaj Lod score 2 (100 : 1 împotrivă) = nelincate Lyonizare= inactivarea X întâmplătoare a unui cromozom X după ziua 14-a de viaţă embrionară Marker genetic = un locus ocupat de alele cunoscute, poate fi o genă sau un situs pentru o enzimă de restricţie sau orice caracteristică a ADN-ului Meioză = diviziune specifică celulelor sexuale prin care gameţii haploizi se formează din celule diploide Metafaza = faza mitozei sau meiozei în care cromozomii sunt puternic condensaţi şi se alinează pe ecuatorul fusului de diviziune; în această fază sunt cel mai bine studiaţi Methemoglobină = hemoglobina redusă, incapabilă să lege oxigenul Metilarea ADN-ului = adăugarea unui radical metil la nivelul citozinei în molecula ADN; metilarea se menţine pe parcursul mai multor diviziuni celulare şi are rol în exprimarea genelor Microdeleţie = o deleţie cromozomială prea mică pentru a fi vizibilă la microscop Mitoză = procesul de diviziune celulară prin care rezultă două celule genetic identice cu celula parentală Monosomie = aneuploidie cu un singur cromozom într-o pereche (exemplu sindrom Turner 45,x) Mozaicism = prezenţa a două sau mai multe tipuri de linii celulare diferite genetic, care rezultă în urma unor mutaţii în timpul proliferării şi diferenţierii celulare fie datorită unei mutaţii postzigotice, fie datorită unei nondisjuncţii Multiplex = un pedigree în care există mai multe cazuri cu o boală particulară 8
Genetică Medicală
.
Mutagen = un agent care induce mutaţii spontane în ADN Mutaţie = orice schimbare permanentă în secvenţa ADN-ului Mutaţie “frameschift” = o mutaţie constând dintr-o deleţie sau inserţie care nu este un multiplu exact de 3 pb şi în consecinţă modifică cadrul de citire al genei; dacă se realizează un codon stop acesta va determina sinteza unei proteine modificate (cu un lanţ polipeptidic mai scurt sau mai lung) Mutaţie missens = mutaţia unui codon care nu va specifica poziţionarea aceluiaşi aminoacid ca în determinismul standard Mutaţie negativă dominantă = o mutaţie într-un polipeptid care modifică funcţia alelei normale în aceeaşi celulă Mutaţie nonsens = substituţia unei singure baze în ADN, mutaţie care determină apariţia unui codon stop Mutaţie somatică = o mutaţie apărută într-o celulă somatică Nondisjuncţie = nesepararea celor doi cromozomi dintr-o pereche sau nesepararea celor două cromatide ale unui cromozom în timpul mitozei, respectiv al meiozei; rezultă celule gametice cu un număr anormal de cromozomi: doi sau niciunul Northern blot = o tehnică de analiză, numită în analogie cu reacţia Southern blot, pentru detectarea moleculelor de ARN prin hibridizarea unei probe de ADN complementar Nucleotid = o moleculă compusă dintr-o bază azotată, o pentoză şi o grupare fosfat; acidul nucleic este un polimer din mai multe nucleotide Nucleozom = unitatea de structură a cromozomului Oligonucleotide = o moleculă scurtă ADN (8 – 50 pb) sintetizată pentru a fi folosită drept probă Oncogena= o genă dominantă activă în dezvoltarea anarhică şi proliferarea celulară din procesele tumorale; mutaţia sau amplificarea acestor gene poate duce la malignizare Ontogenie = dezvoltarea organismului de-a lungul existenţei sale p = braţul scurt al cromozomului Palindrom = secvenţă de nucleotide de pe ADN care serveşte ca punct de pornire al replicării semiconservative ADN PCR = polymerase chain reaction = reacţia de polimerizare a catenei = o tehnică prin care un fragment scurt de ADN sau ARN poate fi amplificat de mai mult de 10 6 ori; după flancarea cu primeri oligonucleotidici, ADN polimeraza amplifică fragmentul respectiv prin cicluri repetate; necesită cantităţi foarte mici de ADN sau ARN care nu trebuie clonat în prealabil Pereche de baze (pb) = o pereche de nucleotide (baze) complementare pe structura dublu catenară ADN, este folosită ca unitate de măsură pentru lungimea secvenţei ADN Polimorfism = apariţia deodată într-o populaţie a două sau mai multe genotipuri alternative, fiecare cu o frecvenţă mai mare decât cea pe care ar putea să o realizeze o mutaţie recurentă. Polipeptid = o catenă de aminoacizi legaţi prin legături peptidice între gruparea amino şi cea carboxil dintre doi aminoacizi alăturaţi; o proteină poate fi formată dintr-un singur lanţ polipeptidic sau din mai multe lanţuri identice sau diferite Poliploid = orice multiplu întreg al numărului haploid de cromozomi (3 n, 4n, 5n) exceptând numărul diploid (2n) Proband = individul studiat din cadrul unei familii; dacă este afectat se poate numi index Proiectul genomului uman = un proiect internaţional de cercetare care are drept scop cartarea şi secvenţionalizarea întregului genom uman Procariot = un organism simplu unicelular, o bacterie, lipsit de nucleu Profază = prima etapă a diviziunii celulare în timpul căreia cromozomii devin vizibili ca o structură discretă care apoi se scurtează şi îngroaşă Proteină structurală = proteină constitutivă cu rol în structura organismului Protooncogena = o genă normală implicată în diviziunea şi proliferarea celulelor, care dacă este activată de o mutaţie este capabilă să se transforme într-o genă oncogenă Pseudodominanţă = o genă recesivă are exprimare fenotipică în mai multe generaţii succesive conferind un caracter de continuitate în transmiterea bolii (bb x Sb = 2 bb + 2Sb) Pseudogene = o genă inactivă dintr-o familie de gene rezultată prin mutaţia unei gene ancestrale active Purtător = vector, un individ heterozigot pentru o alelă particulară (deseori mutantă); termenul este folosit pentru purtătorii unei alele recesive autosomale, pentru femeile heterozigote ale alelei X- lincate, sau mai rar pentru indivizi heterozigoţi pentru o alelă dominantă lipsită de expresivitate fenotipică q = braţul lung al cromozomilor; în genetica populaţională frecvenţa alelei mai puţin comune dintr-o pereche Randomizare= împerechere întâmplătoare între indivizi de sex diferit, fără ca aceştia să fie selectaţi în prealabil din punct de vedere al genotipului Rata mutaţiei (µ) = frecvenţa unei mutaţii pe un locus dat, se exprimă prin numărul de mutaţii/locus/generaţie Recesiv = un caracter care are expresie fenotipică numai în cuplul homozigot sau hemizigot Recombinare= formarea unei combinaţii noi pentru gene lincate prin crossing over între loci 9
Genetică Medicală
.
Recombinant = un individ cu o combinaţie nouă de gene care nu se găseşte la nici unul din părinţi; este aplicat de obicei în analizeze lincate Retrovirus = un virus cu ARN, care permite conversia ARN în ADN cu ajutorul revers transcriptazei Revers transcriptaza = ADN polimerază ARN dependentă Ribozom = organit citoplasmatic format din ARN ribozomal şi proteine; pe el se realizează sinteza proteică pe matriţă m-ARN Risc empiric = probabilitatea ca un caracter să apară sau să reapară într-o familie, bazat pe experienţa anterioară, mai puţin pe cunoaşterea cauzei efective Risc de recurenţă = probabilitatea ca o boală genetică prezentă la unul sau mai mulţi membrii ai familiei, să apară la un alt individ din aceeaşi generaţie sau din generaţia viitoare RFLP = fragment de restricţie lung polimorfic = o diferenţă polimorfică între secvenţa ADN la indivizi diferiţi, care poate fi recunoscută de enzima de restricţie Satelit cromozomial= o masă mică de cromatină la capătul braţului scurt al unui cromozom acrocentric; a nu se confunda cu ADN-ul satelit Scorul genetic = suma totală a morţilor şi îmbolnăvirilor cauzate de genele mutante Screening genetic = testarea unei populaţii pentru a depista indivizii cu risc care prezintă sau care pot transmite o boală genetică Secvenţa consens = în gene sau proteine reprezintă o secvenţă ideală în care bazele sau aminoacizii ocupă frecvent aceleaşi poziţii comparativ cu alte secvenţe studiate (exemplu: situsul donor sau acceptor) Secvenţa de repetiţie Alu = secvenţe înrudite din genomul uman, cu aproximativ 300 perechi baze, având un situs de ruptură Alu în porţiunea mijlocie Secvenţa flanc = regiunea unei gene care precede sau urmează unei secvenţe transcriptibile Segregare= separarea celulelor în meioză; cromozomii segregă când se separă din perechea omoloagă Selecţie = intervenţia unor factori care favorizează supravieţuirea unui genotip într-o populaţie, astfel afectează frecvenţa genei interesate Sex influenţat = un caracter care deşi nu este transmis prin gene X-lincate, se exprimă cu o frecvenţă diferită la sexul masculin sau feminin Sex limitat = un caracter care se exprimă numai la unul din sexe, deşi gena nu este X-lincată Sfat genetic = comunicarea, în deplină cunoaştere a datelor, a riscului pentru o boală genetică unui individ afectat sau familiei acestuia, a consecinţelor bolii, a probabilităţii ca boala să se dezvolte sau să fie transmisă şi a modului în care poate fi prevenită sau ameliorată îmbolnăvirea Sibling = un frate sau o soră a probandului Simplex = în genetica umană descrie o familie în care numai un singur membru are o boală genetică Sinapsă = împerecherea strânsă a cromozomilor omologi în profaza meiozei primare Sindrom = un grup de anomalii care apar împreună şi sunt considerate a fi înrudite Sintenism= prezenţa fizică a doi sau mai mulţi loci împreună pe acelaşi cromozom, dar care nu sunt atât de apropiaţi încât să se transmită lincaţi Situs acceptor de joncţiune= segmentul cuprins între capătul 3` al intronului şi capătul 5` al exonului adiacent Situs cap = situsul de iniţiere al transcripţiei Situs de restricţie = o secvenţă scurtă de ADN care poate fi recunoscută şi tăiată de o enzimă de restricţie Southern blot = o tehnică folosită pentru transferul fragmentelor ADN care au fost separate prin electroforeză în gel pe un filtru de nitroceluloză, în care fragmentele specifice de ADN pot fi detectate prin hibridizare cu probe radioactive Splicing = procesarea pre-m-ARN-ului prin eliminarea intronilor şi reunirea exonilor în m-ARN-ul matur Sporadic = în genetica medicală, un caz de îmbolnăvire cauzat de o mutaţie nouă Şoarece transgenic = şoarece care poartă, în scop experimental, o genă transferată străină în propriul său genom prin injectarea acesteia în oocit Tandem = două sau mai multe copii ale aceleiaşi secvenţe ADN aşezate cap la cap de-a lungul cromozomului Telofază = faza ciclului celular care durează de când cromozomii ajung la polul fusului de diviziune până când se reia interfaza în celula fiică Telomer = capătul fiecărui braţ cromozomial; la om sunt copii ale tandemului (TTAGGG)n care sunt implicate în replicarea capetelor cromozomului Teratogen=un agent care produce malformaţii congenitale Transcripţie = sinteza unei catene de m-ARN de pe o matriţă de ADN nuclear sub acţiunea ARN polimerazei Transferare = inserţia unei gene într-o celulă cu scopul de a induce sinteză proteică în celula respectivă Translaţie= sinteza unui polipeptid pe matriţă de m-ARN, pe ribozomi Translocaţie = schimb de segmente cromozomiale între doi cromozomi neomologi Transversie =substituţia unei baze purinice cu o bază pirimidimică şi invers Tranziţie = mutaţie de substituţie în care o bază azotată purinică este înlocuită de o bază purinică şi cea pirimidinică de o altă bază de acelaşi tip 10
Genetică Medicală
.
Triploidie= o celulă cu trei copii ale aceluiaşi cromozom (3 n); letală la om Trisomie = aneuploidie cu trei cromozomi într-o pereche (exemplu: sindrom Down) Vector = plasmidul sau fagul care transportă segmentul de c-ADN VNTR = număr variabil de tandeme repetate, un tip de polimorfism ADN dat de aranjamentul tandem în copii multiple pe secvenţe scurte de ADN; folosit în studiile lincajului şi în “amprenta ADN” pentru testarea paternităţii d). Acest proces se desfăşoară în direcţie 5` - 3` până când codonii stop sinteză (UAA, UAG sau UGA) sunt întâlniţi. În acest moment sinteza polipeptidului se sfârşeşte şi molecula de m-ARN se desprinde de ribozomi. e). Sunt 20 de aa naturali citoplasmatici care servesc la sinteza proteinelor. Cu cele 4 baze azotate specifice care alcătuiesc nucleotidele ADN reunite în triplete pot fi realizaţi 64 de codoni. f). Codul genetic este degenerat: majoritatea aminoacizilor sunt codaţi de mai mult decât un triplet de nucleotide. Codonii sinonimi care poziţionează acelaşi aminoacid diferă între ei cel mai frecvent la nivelul celui de-al treilea nucleotid, doar primele 2 baze azotate conferind specificitate codonului. (vezi Tabel 1. Codul genetic). Structura proteinelor După sinteza lor proteinele sunt deseori modificate pentru a deveni active. De exemplu insulina se sintetizează iniţial sub forma proinsulinei care are 82 de aa. • Structura primară a proteinelor este dată de catena polipeptidică şi o secvenţă de aa rezidual. În unele situaţii proteinele au ataşate grupuri de “nonproteine” care sunt esenţiale pentru realizarea funcţiei lor; de exemplu: globina este ataşată hemului şi astfel se realizează hemoglobina, o proteină activă şi funcţională.
•
Structura secundară este dată de configuraţia polipeptidică încadrată între diferite legături chimice (exemplu legăturile de hidrogen între grupări ale lanţului polipeptidic realizând o răsucire a acestuia sub forma unui α -helix).
Tabel 1. Codul genetic Prima poziţie U
C
A
G
U Phe Phe Leu Leu Leu Leu Leu Leu Ile Ile Ile Met Val Val Val Val
Poziţia a doua C A Ser Ser Ser Ser Pro Pro Pro Pro Thr Thr Thr Thr Ala Ala Ala Ala
Tyr Tyr STOP STOP His His Gln Gln Asn Asn Lys Lys Asp Asp Glu Glu
G
Poziţia a treia
Cys Cys STOP Trp Arg Arg Arg Arg Ser Ser Arg Arg Gly Gly Gly Gly
U C A G U C A G U C A G U C A G
Abreviere aminoacizi: Ala = Alanină; Arg = Arginină; Asn = Asparagină; Asp = Acid Aspartic Cys = Cisteină; Gln = Glutamină; Glu = Acid Glutamic; Gly = Glicină; His = Histidină; Ile = Isoleucină; Leu = Leucină; Lys = Lisină Met = Methionină; Phe = Fenilalanină; Pro = Prolină; Ser = Serină; Thr = Tironină; Trp = Triptophan; Tyr = Tirosină; Val = Valină;
11
Genetică Medicală
.
•
Structura terţiară a proteinei se referă la forma tridimensională a acesteia. Multe proteine au regiuni helicoidale şi nonhelicoidale. Această structură este cel mai favorabil aranjament pentru catena polipeptidică, asigurându-i o activitate optimă. Controlul expresiei genelor. Toate celulele au ADN capabil să codeze funcţiile celulei. În plus celulele sunt specializate prin funcţia lor specifică, datorată expresiei diferenţiate a genelor. Secvenţele ADN coexistă atât în genomul uman cât şi la animale în forme metilate şi non-metilate. Metilarea ADN-ului pare că are un efect represor asupra expresiei genice Majoritatea genelor active transcripţionale au regim de ADN nonmetilat la capătul 5` b. numeroşi alţi factori influenţează exprimarea genelor: - capătul 5` al genei care include cutia TATA si CCAAT - capatul 3` al genei - ocazional secvenţele intronice din interiorul genei Genele mitocondriale Mitocondria este singurul organ citoplasmatic care conţine propriul său ADN sub forma a două până la 10 copii de ADN dublu catenar măsurând aproximativ 16 kilobaze (kb) a. mt ADN = ADN mitocondrial diferă de ADN-ul nuclear astfel: • este circular şi nu linear • este format mai ales din ADN nonrepetitiv şi mai puţin ADN repetitiv • este transmis generaţiei următoare exclusiv pe linie maternă tripletul TGA codează triptofanul şi nu este codon stop sinteză (ca la ADN-ul nuclear).
Fig. 4. Genele mitocondriale
• •
•
b. ADN-ul mitocondrial codează 13 proteine care sunt componente ale lanţului respirator mitocondrial şi lanţului de fosforilare oxidativă şi de asemenea 2 rARNs si 22 t ARNs Mutaţiile ADN-ului mitocondrial care codează aceste proteine sunt responsabile de apariţia anumitor boli In aceste boli mutaţia este transmisă prin ovul de la o mamă afectată la toţi copiii săi indiferent de sexul acestora. Exemplu: boli ale SNC cum este atrofia optică Leber sau afecţiuni musculare cum sunt miopatiile mitocondriale. Numai fetele vor putea transmite mai departe generaţiei următoare deficienţa (este un exemplu de ereditate nonmendeliană).
12
Genetică Medicală
.
DIVIZIUNEA CELULARĂ
A. Mitoza este tipul de diviziune prin care celula cu 46 cromozomi produce 2 celule fiice, • • •
• •
fiecare dintre ele deasemenea cu 46 de cromozomi Se realizează în celula somatică şi produce urmaşi identici din punct de vedere genetic Celulele germinale se divid şi ele prin mitoză, pentru creşterea numărului lor în interiorul gonadei, înaintea debutului meiozei Este cea mai scurtă etapă a ciclului celular care în mod arbitrar poate fi impărţită în patru faze: a. după ce mitoza este completă, celula intră într-o nouă etapă numită G1 pe parcursul căreia tot ADN-ul este în stadiu nereplicat şi se sintetizeză precursorii, mononucleotidfosfaţii; G1 se sfârşeste când începe sinteza ADN-ului b. sinteza ADN-ului se face în etapa S a ciclului celular: ADN-ul se replică în unităţi numite repliconi; pe fiecare catenă a ADN-ului dublu catenar se realizează o singură copie a propriei matriţe c. la finalul etapei S fiecare cromozom s-a dublat şi este bicromatidic; faza care începe dupa S şi sfârşeşte la debutul mitozei se numeste G2 d. întregul ciclu celular este o succesiune G1, S, G2, mitoză care se repetă pentru replicarea fiecărei celule somatice Partea ciclului celular dintre mitoze (întreaga perioada G1 – G2) se numeşte interfază
Unele celule diferenţiate, cum ar fi neuronii, nu se divid. Ele se opresc într-o faza prelungită G1 care în acest caz, este numită G0. Cu toate că mitoza este un proces dinamic, continuu, cu scop discriptiv şi didactic, acest segment al ciclului celular este împărţit în 4 etape:
Fig. 5. Mitoza a). la sfârşitul interfazei, începe profaza mitotică cu condensarea cromozomilor în filamente vizibile la microscopul optic. • fiecare cromozom este format din două braţe paralele – cromotide surori – care sunt unite în regiunea centromerului • membrana nucleară dispare la sfârşitul profazei b). în metafază cromozomul este bine condensat şi plicaturat şi se deplasează spre centrul celulei; fibrele fusului de diviziune se întind de la kinetocor ( conţinut în centromerul fiecărui cromozom) la centriolii localizaţi la polii opuşi ai celulei 13
Genetică Medicală
.
c). în anafază centromerul fiecărui cromozom se divide şi cromatidele surori se separă; rezultă 2 cromozomi unicromatidici care migrează spre polii celulei d). în telofază cromozomii rezultaţi ating polii celulei şi încep să se decondenseze în fibrele cromatinice caracteristice interfazei Citoplasma celulei se divide şi se formează din nou membrana celulară. Procesul se continuă cu începutul interfazei în celulele fiice. Aceste celule vor avea acelaşi conţinut genetic şi cromozomial cu celulele originare.
B. Meioza este diviziunea celulară prin care precursorii diploizi ai gameţilor produc gameţi haploizi (cu 23 de cromozomi) Meioza este precedată de faza sintetică a AND-ului şi constă în două diviziuni celulare specifice. a. Prima diviziune meiotică = meioza I primară = se numeşte reducţională pentru că reduce numărul cromozomilor de la 46 la 23.
•
La începutul profazei meiozei primare (profaza I) fiecare cromozom este complet replicat şi fiecare braţ constă în 2 cromotide surori legate la nivelul centromerului. În scopuri didactice profaza I este subdivizată în: (a) leptoten: cromozomul este vizibil la microscopul optic ca un filament subţire fără distingerea perechii de cromatide (b) zygoten: cromozomii omologi (unul de origine maternă, altul de origine paternă) formează o pereche alăturându-se pe întreaga lor lungime; procesul de alăturare între diferitele secvenţe ale ADN-ului de pe cromozomi omologi este numit sinapsă; aceste sinapse sunt mediate de “complexul sinaptonemic” o structură specializată vizibilă doar la microscopul electronic.
14
Genetică Medicală
.
Fig. 6. Meioza
(c) pachyten: cromozomii se condensează şi apar ca bivalenţi, biocromatidici deoarece cromozomii omologi îşi dispun braţele omoloage într-un paralelism perfect; recombinarea se produce prin crossing-orer (d) diploten: perechea de cromozomi omologi îşi încrucişează braţele omoloage la nivelul chiasmatei diakisesis: cromozomii suferă o condensare maximă
•
În metafază dispare membrana nucleară şi cromozomii bicromatidici se alinează în acelaşi plan în centrul celulei. Un fus conectează centromerii la centriolii din polul opus al celulei:
•
În anafaza I cromozomii omologi, fiecare bicromatidic, se separă unul de celălalt şi migrează spre polii celulei - cromatidele surori ale fiecărui cromozom rămân ataşate de centromer, care nu se divide în meioza I - după separarea din pereche cromoxomii migrează spre polii fusului de diviziune la întâmplare, nu există o ordine prestabilită pentru migrarea într-o anumită direcţie a cromozomului patern respectiv matern
•
în timpul telofazei I cele 2 seturi haploide de cromozomi ajung la polii celulei şi citoplasma se divide b. Meioza II (secundară) este precedată de o scurtă interfază în care nu are loc sinteza de ADN 15
Genetică Medicală
.
meioza II este similară mitozei şi în această diviziune cromozomii bicromatidici se alinează pe placa ecuatoriala din centrul celulei, centromerul se divide longitudinal şi cei 2 cromozomi fii se deplasează spre polii opuşi ai celulei - diferenţa esentială este aceea că în meioza II există doar 23 cromozomi în celula mamă şi la fel în celula fiică, pe când în mitoză există 46 de cromozomi în celulă Meioza diferă de mitoză prin mai multe aspecte: • Meioza se realizează numai în celulele sexuale; mitoza are loc în toate celulele somatice dar şi în celulele germinale înainte să intre în stadiul final de dezvoltare • Meioza constă în două diviziuni celulare succesive; mitoza se realizează printr-o singură diviziune • Împerecherea cromozomilor omologi are loc în meioză, dar nu şi în mitoză • Recombinarea între cromozomi omologi este o caracteristică a meiozei şi nu se întâlneşte în mitoză • Rezultatul meiozei este o reducere a numărului de cromozomi de la 46 la 23. Mitoza produce două celule fiice cu 46 cromozomi, deci cu acelaşi număr de cromozomi cu celula originară Consecinţele genetice ale meiozei sunt: • Reducerea numărului de cromozomi (din diploid în haploid) • Separarea alelelor astfel încât un singur exemplar din perechea originală de gene este inclus în fiecare gamet • Asortarea independentă a cromozomilor omologi, astfel încât un gamet va putea conţine unii cromozomi moşteniţi de la mamă, iar alţii transmişi de la tată • CO-ul (crossing-over) între cromozomii omologi face ca în structura aceluiaşi cromozom să existe atât gene materne cât şi paterne. -
Gametogeneza este formarea ovulului şi spermato-zoidului. La bărbat fenomenul se numeşte spermatogeneză, la femeie se numeşte ovogeneză. 1. Spermatogeneza începe să se realizeze în tubii seminiferi ai testiculelor în perioada pubertăţii şi continuă întreaga viaţă: - celulele germinale precursoare mitotice sunt spermatogoniile care produc spermatocitul primar. Acesta în timpul meiozei I se transformă în spermatocit secundar; spermatocitul secundar urmează meioza II după care se formează 2 spermatide care se maturează fără să mai sufere vreo diviziune formând spermatozoizii
-
maturarea spermatozoidului pornind de la spermatogonie durează aproximativ 75 zile. 1. Ovogeneza diferă în câteva puncte importante de spermatogeneză: - în mare parte ovogeneza se realizează în timpul vieţii fetale; diviziunea mitotică a celulelor precursoare sexuale la femeie este realizată în primele luni după concepţie - ovogonia produce ovocite primare, care vor suferi meioza I în primele 3 luni de gestaţie; nici un ovocit primar nu se va mai forma după naştere - ovocitele primare se opresc din diviziune în profaza I, în dictyotene înainte de naştere şi rămân în acest stadiu până la vârsta maturizării sexuale (pubertate) - după menarhă, foliculii ovarieni maturi eliberează ovocitele primare în momentul ovulaţiei - meioza I la femeie se face printr-o diviziune inegală a citoplasmei, cea mai mare parte din aceasta mergând în ovocitul secundar şi relativ o mică cantitate în primul globul polar
-
-
ovulul funcţionează ca un gamete dar globulul polar în mod normal nu are această funcţie. De aceea, fiecare meioză la femeie produce numai un gamete funcţional, în timp ce la bărbat în fiecare meioză rezultă patru gameţi funcţionali oprirea meiozei în profaza I la femeie în timpul vieţii intrauterine până la momentul pubertăţii, poate să fie responsabilă de creşterea riscului nondisjuncţiilor la mamele care au vârste înaintate în momentul concepţiei.
STRUCTURA CROMOZOMULUI Plicaturarea ADN-ului în cromozomi şi cromatina 16
Genetică Medicală
.
Fiecare cromozom conţine o singură moleculă de ADN organizată într-o succesiune de secvenţe plicaturate care construiesc un cromozom metafazic. Lungimea cromozomului metafizic este 1/10000 din lungimea ADN-ului său Nivele de împachetare şi organizare ale cromatinei a. ADN-ul în cromozomi este asociat cu proteine de legătură. Complexul ADNproteină se organizează în cromatină . Aceste proteine pot media transcripţia genică şi replicarea, sau pot fi proteine structurale care intră în structura AND. b. Histonele sunt proteinele structurale ale cromatinei şi sunt cele mai abundente proteine din nucleu: cinci histone (H1, H2A, H2B, H3 si H4) furnizează cadrul pentru unitatea fundamentală de impachetare a cromatinei = nucleozomul c. Fiecare nucleozom este format dintr-un cilindru strâns de 8 histone (de două ori H2A, H2B, H3, H4) înfăşurat de 2 ori în jurul suprafeţei de helixul ADN -miezul fiecărui nucleozom cuprinde 146 de perechi de baze ale helixului ADN şi miezurile sunt legate de aproximativ 60 baze într-o structură ca un şirag de mărgele -lărgimea pachetului nucleosomal este de 11 nanometri (nm) comparativ cu 2 nm pentru dublul helix de ADN -nucleozomii sunt plicaturaţi strâns împreună cu ajutorul moleculei histonice H1; se formează o fibră cu grosimea de 30 nm, care este unitatea cromatinică fundamentală, vizibilă în nucleu în interfază, cu microscopul electronic.
17
Genetică Medicală
.
Fig. 7. Structura cromozomului d. Fibra de 30 nm este ulterior împachetată într-un sistem al domeniilor buclate Inelele care conţin de la 20.000 – 100.000 perechi de baze sunt formate de proteine nonhistonice legând situsuri specifice de-a lungul fibrei de 30 nm Dovezile sugerează că inelele adăpostesc unităţi individuale de transcripţie şi replicare ale AND-ului, de altfel, ele au fiecare o semnificaţie structurală şi funcţională. Organizarea superioară a ADN-ului În metafază cromatina este condensată mai puternic comparativ cu cromatina interfazică • Procesele condensării din profaza mitozei sunt urmarea încolăcirii şi îngrămădirii domeniilor buclate; în stare condensată inelele alăturate sunt ţinute împreună de interacţiunea proteinelor care formează o plasă • Reţeaua cromatinică este aranjată într-o manieră helicoidală de-a lungul axului cromozomului • Grosimea (lărgimea) unei cromatide individuale în metafaza cromozomului este de aproximativ 700 nm, reflectând un grad crescut de comprimare a fibrei cromatinice de 30 nm
•
Benzile cromozomiale. Profaza şi metafaza cromozomilor expune benzi alternative clare şi întunecate în condiţii specifice de colorare . Aceste benzi reflectă plicaturarea diferită a clusterilor domeniilor buclate şi deasemenea definesc segmente ale genomului care au diferite proprietăţi şi funcţiuni
Caracteristicile speciale ale cromozomilor
Eucromatina formează corpul principal al cromozomului şi are o densitate relativ crescută a segmentelor codante a genelor. Benzile cromozomiale definesc alternarea porţiunilor eucromatinice cu diferite proprietăţi: a. Benzile R sunt domenii care : -Se vizualizează ca pete luminoase în procedurile de bandare pentru benzile G -ADN-ul replică devreme în faza S a ciclului celular -au un conţinut relativ crescut în G si C -au majoritatea SINES -au cea mai mare densitate genică b. Benzile G sunt domenii care: -rămân întunecate în proceduri de bandare pentru benzile G -au replicare târzie în faza S -au un conţinut mai mare în A si T decât benzile R -au majoritatea LINES -au relativ mai puţine gene decât benzile R
Heterocromatina este cromatina care este lipsită de gene sau care are gene inactive. Segmentele heterocromatinice ale genomului rămân mai condensate în interfază decât eucromatina şi se replică foarte târziu în faza S. a. Heterocromatina constitutivă este localizată în jurul centromerului tuturor cromozomilor, pe braţul lung al cromozomului Y, şi în sateliţii cromozomilor acrocentrici . Aceste domenii conţin familii variate de elemente înalt repetitive de ADN cu funcţie necunoscută. Poate fi puternic luminată în metafază folosind procedurile de bandare pentru benzi C sau Q . b. Heterocromatina facultativă este eucromatina într-o stare inactivă transcripţional. Un exemplu elocvent este lyonizarea: unul din cei 2 cromozomi X ai femeii este inactivat în scopul compensării dozei duble a genelor de pe cromozomii XX comparativ cu o singura doză pe perechea XY a bărbatului Mecanismul inactivării nu este cunoscut; dar unul dintre rezultatele procesului este modificarea metilării citozinei în secvenţele din apropierea genelor cu transcripţie regulată. Inactivarea unui X este de asemenea asociată de schimbarea momentului replicării ADN-ului: mai tardivă în faza S. Cromozomul X inactivat rămâne puternic condensat şi se colorează intens în timpul interfazei formând corpusculul Barr.
Centromerul apare ca un domeniu de constricţie a cromozomului metafazic. În timpul diviziunii celulelor centromerul este ultimul segment al cromozomului care se replică şi separă a. Structura: constă în secvenţe specifice de ADN care leagă proteine care pot fi identificate prin proprietăţile lor antigenice 18
Genetică Medicală
.
b. Funcţia: proteinele
centromerice formează kinetocorul, care împreună cu microtubulii fibrelor fusului de diviziune separă cromatidele surori şi cromozomii în anafaza mitozei sau meiozei
Telomerele : sunt secvenţe de ADN care se găsesc la capetele cromozomilor şi care au rolul de a menţine stabilitatea cromozomilor. Cromozomul fără telomere are tendinţa la recombinare cu alte segmente cromatinice şi poate suferi rupturi şi deleţii. a. Structura: segmentele terminale ale tuturor cromozomilor au o secvenţă ADN similară (TTAGGG) care este repetată în cateva mii de copii b. Funcţia: structura intactă a telomerelor facilitează replicarea ADN-ului la capetele cromozomului. Analiza cromozomilor şi clasificarea lor Studii citogenetice: analiza şi diagnosticul citogenetic poate fi performant în metafaza sau prometafaza cromozomilor obţinută prin diviziuni rapide celulare în culturi de celule sau în unele cazuri direct din ţesuturi cu activitate mitotică crescută (celule tumorale) a. Sursa celulelor
•
Cromozomii din culturi limfocitare constituie cea mai rapidă şi convenabilă metodă de rutină pentru analiza citogenetică. Aceste culturi pot folosi limfocite periferice care permit prepararea cromozomilor în metafază în 3 zile.
•
Culturi celulare din alte tipuri de celule (fibroblaste, amniocite, celule ale vilozităţilor coriale, celule tumorale) necesită 1 – 2 săptămâni pentru a cumula suficiente celule pentru analiză citogenetică. Fibroblaştii şi alte culturi de celule pot fi subcultivate şi păstrate săptămâni sau luni. De asemenea pot fi îngheţate în azot lichid şi păstrate ani pentru viitoarele analize.
•
Prepararea directă a celulelor pentru analiza cromo-zomilor poate fi făcută din celulele măduvei osoase a pacienţilor cu leucemie sau pe tumori solide. Aceste tehnici au avantajul unei rate crescute a mitozei în aceste ţesuturi. b. Metode pentru analiza cromozomilor
•
Bandarea G este cea mai comună metodă care foloseşte coloraţia Giemsa după tratarea enzimatică a cromozomilor metafazici pentru a diferenţia benzile cromozomiale - vizualizaţi sub lumina microscopului cromozomii metafazici au benzi alternative luminoase şi întunecate. Benzile întunecate, convenţi-onal sunt numite benzi G, benzile luminoase sunt benzi R. - În medie, în preparatele metafazice convenţionale, aproximativ 400 de benzi întunecate şi clare pot fi observate într-un set haploid de cromozomi
•
Bandarea Q - quinacrina colorează cromozomii care sunt vizibili la microscopul cu fluorescenţă. Alternarea benzilor luminoase şi estompate fluorescente corespund celor vizibile şi în bandarea G pentru cele mai multe clone vii ale cromozomilor. Benzile Q strălucitoare sunt echivalente benzilor G întunecoase. Domeniile lipsite de această similitudine sunt numite benzi variabile
•
Bandarea R sau bandarea reversibilă foloseşte coloraţia Giemsa la temperaturi ridicate să vizualizeze în reversie benzile G sau Q. Coloraţia fluorescentă cu o afinitate crescută a ADN-ului bogat în GC (olivomicin) poate produce de asemenea benzi R
•
Benzile C apar la încălzire într-o soluţie alcalină şi coloraţie cu Giemsa; benzile C sunt regiuni de heterocromatină constitutivă localizate adiacent centromerilor tuturor cromo-zomilor şi în braţul lung al cr. Y
•
Metoda de bandare cu rezoluţie înaltă prinde cromozomii în profază sau prometafază, când ei sunt mai puţin evidenţiabili decât în metafază. Metodele implică sincronizarea parţială a mitozei în cultură prin oprirea sintezei ADN, ceea ce face ca celulele să se acumuleze în acest moment din ciclul celular. Deci mai multe celule pornesc în mitoză împreună. În această metodă, fiecare bandă vizibilă în metafaza cromozomilor poate fi împărţită în subbenzi (800 sau mai multe). Analizele profazei cromozomiale cu rezoluţie înaltă (850 / 9000 benzi) nu este o tehnică de practică generală
•
Analiza situsului fragil poate fi realizată crescând cultura de celule în condiţii specifice pentru inducerea în fiecare a situsului fragil. Ex: detectarea situsului fragil X sensibil la folat, care e asociat cu retardarea mentală X- lincată; celulele trebuie să crescă în mediu fără acid folic sau tratate cu methotrexat sau (FdUr) fluordezoxiuridină, care interferează cu metabolismul folatului. • Hibridizarea în situ a probei de ADN din celulele metafazice şi profazice 19
Genetică Medicală
.
(a)
Aceste metode implică hibridizarea în situ a probelor specifice de ADN etichetate în metafaza cromozomilor sau de cromatină interfazică. (b) Probele de ADN sunt etichetate cu molecule “reporter” cum e biotina, digoxigenina şi dimetrophenylul, care pot fi vizualizate sub microscop cuplând moleculele “reporter” cu un semn fluorescent sau alt colorant. Agenţii fluorescenţi sunt cei mai folosiţi dând termenul de hibridizare fluorescentă in situ (FISH) (c) Metoda FISH este foarte importantă . Poate fi utilizată în determinarea originii cromozomilor markeri mici care nu pot fi complet caracterizaţi prin bandare (d) Cea mai comună folosire a metodei FISH este pentru detectarea deleţiilor submicroscopice cum ar fi cele asociate cu sindrom Prader/Willi. . . . . . . .
•
Heterogenitatea genetică. Mutaţiile diferite pe acelaşi locus sau pe loci diferiţi pot să fie responsabile pentru acelaşi tablou clinic. Acest lucru face mult mai dificilă consilierea unui cuplu în care partenerii au aceeaşi boală şi nu sunt înrudiţi (un bărbat şi o femeie care au amândoi surditate şi vor să aibă copii). În acest caz, ca şi în cazul retinitei pigmentare boala se poate transmite autosomal dominant, autosomal recesiv sau X-lincat.
•
Fenocopia. Este o manifestare a unui fenotip produs de obicei de un genotip specific, dar care poate fi cauzată şi de factorii de mediu care afectează primordiul embrionar fără să producă mutaţii la nivelul canalului genetic.
•
Simptomatologia clinică diferită influenţată de sex. Severitatea unei boli dominante poate depinde de sexul părintelui afectat. În boala Huntington, cei care prezintă forme cu debut precoce au tatăl afectat mai frecvent decât mama. În distrofia miotonică cei la care boala debută mai devreme sunt născuţi din mame bolnave. * Corectitudinea observaţiilor clinice şi paraclinice stă la baza realizării unui sfat genetic corect (la acordarea sfatului nu trebuie să ne bazăm pe diagnosticul altor medici sau cel enunţat de familie). Exemple clinice: Boala Huntington este o boală autosomal dominantă, cu debut la adulţi interesând selectiv moartea celulelor din nucleul caudat. Tabloul clinic include mişcări coreice, pierderea progresivă a activităţii mentale; moartea survine după 15 ani de la debut, debut care are loc în a patra decadă de viaţă (dacă tatăl este părintele afectat boala poate debuta mai devreme la copilul său). Gena este localizată pe 4 p, mutaţia cea mai comună fiind un trinucleotid repetat instabil. Sindromul Marfan: este o boală a ţesutului conjunctiv cu expresivitate variabilă interesând scheletul (proporţii anormale, scolioză, arahnodactilie) şi sistemul cardiovascular (prolapsul valvei mitrale, dilataţia aortei cu risc de ruptură şi leziuni oculare). Diagnosticul se bazează pe semnele clinice care interesează cel puţin două sisteme. Mutaţia genei (fibrilina) este localizată pe 15q
TRANSMITEREA AUTOSOMAL RECESIVĂ Fenotipul se poate observa numai la indivizii homozigoţi şi pedigreeul tipic demonstrează că rudele, părinţii sau copiii indivizilor bolnavi indiferent de sex, pot fi sănătoşi. Acest tip de transmitere apare mai frecvent în familiile consangvine. De asemenea se poate suspecta acest tip de transmitere în enzimopatii în care nivelul unei enzime este redus sau absent la indivizii afectaţi, în timp ce la părinţi valorile sunt normale. *Criteriile transmiterii autosomal recesive • dacă boala este rară părinţii şi rudele (altele decât fraţii) sunt de obicei normali. • din încrucişarea a doi indivizi heterozigoţi raportul de segregare pentru fiecare sarcină este 3:4 indivizi sănătoşi 1:4 homozigoţi afectaţi • dacă genele recesive sunt totdeauna alele, când amândoi părinţii sunt afectaţi toţi copiii lor vor fi afectaţi. 20
Genetică Medicală
• •
.
ambele sexe sunt afectate în proporţie egală dacă boala este rară, probabilitatea de consangvinitatea parentală este crescută *Caracteristici
Frecvenţa heterozigoţilor: indivizii afectaţi sunt aproape întotdeauna urmaşii unor heterozigoţi normali. Relaţia dintre frecvenţa genelor din diferite genotipuri localizate pe acelaşi locus este dată de legea Hardy Weinberg (2 pq pentru heterozigoţi). Legea demonstrează că frecvenţa heterozigoţilor sănătoşi este mult mai mare decât cea a homozigoţilor (bolnavi). Calcularea frecvenţei homozigoţilor este importantă pentru conturarea programelor de screening
Statusul de vector (purtător): indivizii sunt de obicei neafectaţi dar unii pot avea nivele scăzute enzimatice sau semne clinice minime. Majoritatea purtătorilor nu prezintă manifestări fenotipice ale bolii.
Consangvinitatea: de exemplu în alcaptonurie 60 % dintre copiii afectaţi au părinţi înrudiţi (veri) . Indivizii consanguini au un număr mare de gene comune: verii primari au 1/8 din gene comune iar urmaşii lor au ½ din genele lor comune. Consangvinitatea este crescută în izolate (religioase, geografice).
Fenotipurile autosomal recesive în populaţiile locale. Este important de cunoscut grupul populaţional studiat pentru că în unele situaţii există circumstanţe (grupuri rasiale) în care alela mutantă este mai frecventă datorită efectului fondator sau avantajului heterozigoţilor. Ex: anemia cu celule în seceră (la negrii), boala Tay Sachs la evreii Ashkenazi, fibroza chistică la europenii nordici
Heterogenitatea: alelele mutante sunt localizate pe diferiţi loci dar dau manifestări clinice similare (albinism, surditatea neurosenzorială, hipotroidismul congenital). Dacă părinţii surzi au loci diferiţi implicaţi, copiii lor vor avea auzul normal (aceştia vor fi dublu heterozigoţi)
Exemple clinice Galactozemia. Copilul afectat poate prezenta hepatomegalie sau cataractă şi poate să moară prin acidoză metabolică. Absenţa galactozo-1-fosfat-uridiltransferazei duce la imposibilitatea metabolizării lactozei. Pentru tratament se instituie o dietă care elimină produsele ce conţin lactoză (în primul rând laptele). Copiii netrataţi care supravieţuiesc vor avea retard mental. Au fost descrise mai multe alele mutante implicate în producerea bolii. Homocistinuria. Pentru că aceşti indivizi prezintă o atitudine corporală anormală pot fi confundaţi cu bolnavii cu sindrom Marfan. Două treimi din aceşti bolnavi au retard mental sau probleme psihice. Deficienţa cistin-β sintetazei creşte nivelul homocistinei şi metioninei. Trebuie instituită o dietă redusă în metionină. Poate surveni moartea subită prin accidente tromboembolice. Fibroza chistică. Aproximativ 1:5000 copii din Europa nordică prezintă această boală manifestată prin infecţii cronice respiratorii şi malabsorbţie. Este afectat mirosul, nivelul clorului şi sodiului este ridicat în secreţii (salivă, sudoare); 90 % din pacienţi mor prin complicaţii ale afecţiunilor pulmonare care debută deja la vârsta de 1 an. Gena mutantă este localizată pe cromozomul 7q; tratamentul este paleativ: fizioterapie, antibiotice. TRANSMITEREA X- LINCATĂ Poate fi atât dominantă cât şi recesivă şi afecţiunile datorate genelor X-lincate se manifestă fenotipic în mod obişuit la bărbaţi. Această transmitere poate fi suspectată dacă sunt afectate mai multe rude de sex masculin pe linie maternă. Bărbaţii sunt hemizigoţi pentru alela mutantă (X*Y), stare care conferă exprimare fenotipică chiar şi pentru o alelă recesivă. * Criterii • Boala este rară în familie, părinţii şi rudele lor (exceptând bărbaţii pe linie maternă) sunt de obicei normali. • Bărbaţii hemizigoţi afectaţi transmit gena doar la fetele lor şi nu la băieţi (fetele vor fi heterozigote, purtătoare ale alelei mutante). Nu există transmitere de la bărbat la bărbat. • Femeile heterozigote purtătoare sunt clinic normale, dar vor transmite gena la băieţi (50 % din ei vor fi bolnavi) şi la fetele lor care pot fi (50 %) purtătoare sănătoase. • Fetele bolnave rezultă din bărbaţi bolnavi şi mame purtătoare • Cu excepţia cazurilor cu mutaţii noi, fiecare băiat afectat se naşte dintr-o femeie heterozigotă. • Dacă gena mutantă este dominantă toţi descendenţii de sex feminin ai unui bărbat afectat vor fi bolnavi. În aceeaşi situaţie 50 % din descendenţii de sex feminin sau masculin ai unei femei heterozigote vor prezenta boala. Nici în această situaţie nu există transmitere de la bărbat la bărbat 21
Genetică Medicală
.
* Caracteristici
Cazurile sporadice. Dacă numai un mascul este afectat, fără ca alţi membrii ai familiei să fie afectaţi, se pune întrebarea dacă boala este rezultatul unei noi mutaţii sau mama este heterozigotă. Femeile heterozigote pot fi depistate uneori prin semne clinice minore, chiar nesesizabile, sau nivele enzimatice intermediare. În aproximativ 2/3 din cazurile cu boli x-lincate recesive, care sunt frecvent letale în copilărie şi în care apare un singur individ de sex masculin afectat în familie, mama este heterozigotă
Heterogenitatea: albinismul se poate transmite prin genă autosomal recesivă (albinismul oculo cutanat) sau prin genă X-lincată (albinismul ocular)
Femeile bolnave. Compensarea dozajului genelor de pe perechea XX se face prin inactivarea (lyonizarea) întâmplătoare a unui cromozom X la nivelul blastocistului. Rezultă un status de hemizigoţie pentru majoritatea cromozomilor X. Femeile care sunt heterozigote pentru alele mutante X-linkate prezintă clone, linii celulare în care una sau cealaltă alelă este inactivată. Femeile pot prezenta boli X- linkate în următoarele situaţii: - inactivarea întâmplătoare este mai frecventă pe liniile cu X normal (femeia prezintă o hemizigoţie pentru alela mutantă) - descendentul de sex feminin rezultă din căsătoria mamei heterozigote şi a tatălui afectat (risc de 25 %) - sindrom Turner 45,X în care cromozomul X poartă gena detrimentală - un bărbat afectat poate să transmită boala la fiica sa, dacă aceasta primeşte şi pe X-ul matern aceeaşi alelă mutantă, rezultată la mamă printr-o mutaţie nouă. - o femeie heterozigotă poate da naştere la o fată bolnavă dacă aceasta moşteneşte un X cu aceeaşi nouă mutaţie de la tatăl său. - inactivarea neîntâmplătoare a cromozomului X în timpul formăriii izocromozomilor
-
bolile X-lincate letale – dacă boala este letală la bărbaţi orice nou-născut de sex masculin moare la naştere sau înainte. Femeile heterozigote sunt normale dar ½ din descendenţii lor de sex masculin vor muri. În final se alterează raportul între sexe (sex ratio) pentru afecţiunea respectivă (două femei afectate la fiecare bărbat) Exemple clinice Distrofia musculară Duchenne Aspecte clinice: - incidenţa 1:3600 de băieţi prezintă această boală cu debut în primul an de viaţă. Semnele caracteristice includ slăbiciune musculară progresivă, hipertrofia muşchilor gambei şi moarte, prin afecţiuni cardiace şi respiratorii între 10 şi 20 ani. Aspecte genetice: gena mutantă este localizată pe Xp21. Produsul normal de sinteză al acestei gene este distrofina care acţionează probabil ca un protector al miofibrilei. Aproximativ 60 % dintre bărbaţii afectaţi prezintă deleţii detectabile prin tehnici moleculare de analiză, iar restul familiei necesită analize lincate. Sindromul X fragil Aspecte clinice:- retardul mental este mai frecvent la bărbaţi, sugerând existenţa unei mutaţii X- lincate. Cea mai comună cauză a retardării mentale ereditare este acest sindrom care apare cu o frecvenţă de 1 : 500 bărbaţi. Masculii afectaţi vor avea urechi mari, bărbie proeminentă, testicule mari după pubertate şi retard mental moderat. Copiii afectaţi pot avea tulburări de limbaj şi de auz. Probabilitatea instalării retardului mental într-o familie este amplificată de numărul generaţiilor peste care trece mutaţia (paradoxul Sherman). Şi femeile pot fi afectate într-o proporţie de 1/3 din totalul cazurilor Aspecte genetice: diagnosticul s-a făcut iniţial prin culturi cromozomiale (cu folat) şi au identificat un situs fragil pe Xq27.3 Recent s-a identificat că este o mutaţie dinamică la nivelul unui triplet instabil de nucleotide (CGG) interesând gena FMR-1 pe Xq27. Creşterea numărului secvenţelor CGG între 50 şi 200 face ca această secvenţă să devină instabilă, stare numită premutaţie. Bărbaţii care poartă premutaţia o vor transmite fiicelor lor, care vor avea inteligenţa normală, dar băieţii acestora au un risc mare ca prin expansiunea tripletului (de la 200 la 3000 de repetări) premutaţia să devină mutaţie. Transmiterea ereditară a sindromului X fragil poate fi considerată o transmitere atipică legată de cromozomul X. EREDITATE MITOCONDRIALĂ Celulele umane au sute de mitocondrii dispersate în citoplasmă, fiecare conţinând molecule de ADN circular. Mutaţiile ADN-ului mitocondrial sunt acum cunoscute şi sunt răspunzătoare pentru un număr mic de boli genetice. * Criterii 22
Genetică Medicală
.
•
Fiecare mitocondrie conţine un număr de copii ale genomului circular. Enzimele mitocondriale sunt de obicei codate de gene nucleare dar unele dintre citocromoxidaze sunt codate numai de ADN-mt • Aproape tot ADN-ul mitocondrial este moştenit pe linie maternă. Pedigreeurile cu ereditate mitocondrială pot arăta că toţi copiii unei mame afectate sunt bolnavi şi toţi copiii unei mame neafectate sunt sănătoşi. • Proporţia mitocondriilor este specifică pentru diferitele ţesuturi. Sunt bogate în mitocondrii celulele muşchilor striaţi şi cardiac, renale şi ale SNC. De aceea bolile mitocondriale sunt de obicei miopatii, cardiomiopatii şi afecţiuni ale SNC. Exemple clinice: Sindromul Kearns-Sayre este o boală sporadică cu debut după vârsta de 20 ani. Se caracterizează prin oftalmoplegie, anomalii ale pigmentului melanic, retinită pigmentară, ataxie cerebeloasă. Indivizii prezintă deficienţe musculare datorate ADN-ului mitocondrial. Neuropatia optică Leber. Se caracterizează prin atrofie optică, mişcări dezordonate, modificări ECG care se transmit exclusiv de la femeie la copilul său de ambe sexe. Boala este secundară mutaţiilor unei gene care codează o subunitate din complexul I al căii transportatoare de electroni. MECANISMELE MUTAŢIEI Dezvoltarea tehnologiei ADN a fost urmată de descrierea mutaţiilor la nivelul secvenţei de ADN implicată. În genomul uman se întâlnesc tipuri şi mecanisme diferite de mutaţii incluzând rearanjamente majore genice şi mutaţii punctiforme. Aceste mutaţii pot afecta transcripţia şi/sau translaţia şi pot altera structura sau funcţia unei proteine. Rearanjamente genice majore 1. Deleţiile sunt detectate folosind tehnologia ADN-ului recombinat şi sunt indicate de absenţa sau modificarea dimensiunii unui fragment de ADN.
•
α talasemia este datorată deleţiei genei cluster α globină, care are patru secvenţe înalt înrudite una în vecinătatea celeilalte: - din pricina similitudinii dintre aceste gene poate apărea împerecherea greşită a cromozomilor precursori meiozei - după crossing-over un cromozom va conţine o deficienţă de material genetic - crossing-overul inegal în regiunea genei cluster α globin are ca rezultat un cromozom lipsit de genele funcţionale pentru α globină (aceşti cromozomi sunt comuni în populaţiile din Asia de S-E). - fetusul cu deficienţa genelor α globin moare cu edeme generalizate pe parcursul sarcinii sau la scurt timp după naştere.
•
Deficienţa hormonului de creştere este o altă afecţiune comună a cărei cauză sunt deleţiile : gena cluster pentru hormonul de creştere este formată din secvenţe similare de ADN aşezate una în vecinătatea celeilalte împerecherea anormală şi crossing over inegal în meioză cauzează deleţii la nivelul acestei gene, mutaţii care duc la apariţia piticismului (nanismului) la homozigoţi
•
Hipercolesterolemia familială (FM): rezultă din defecte ale genei receptorului LDL (lipoproteine cu densitate mică); mai poate fi cauzată de deleţii datorate unui crossing over inegal interesând secvenţa înalt repetitică alu. 2. Duplicaţiile secvenţelor de ADN sunt comune în evoluţie şi se pot datora împerecherii greşite între secvenţele ADN homologe din vecinătate apropiată, cu duplicarea materialului genetic care este conţinut în interiorul genei. Mecanismul este asemănător cu duplicaţia prezentată la α talasemie. Duplicaţiile pot afecta citirea matriţei de sinteză. FH şi DMD sunt exemple de boli genetice care pot fi cauzate de duplicaţii. 3. Inserţiile sunt cauze rare ale mutaţiei în genomul uman. Cu toate acestea, transpoziţia de ADN nu este rar întâlnită în genomul uman, deşi în mod obişnuit nu implică secvenţa codantă. Când transpoziţia afectează gena poate să apară manifestarea clinică.
•
Secvenţele lungi repetitive (LINE) şi scurte alu (sau SINE) sunt exemple de secvenţe care se pot insera în interiorul genelor.
•
Hemofilia este o boală care rezultă prin inserarea unei secvenţe LINE în gena pentru factorul VIII, afectându-i funcţia. La fel neurofibromatoza poate rezulta prin inserţia unei secvenţe alu în gena implicată. 23
Genetică Medicală
.
Mutaţiile punctiforme Substituţia unui singur nucleotid, similară aceleia întâlnită la bacterii şi virusuri, sunt cele mai comune cauze ale mutagenezei în genomul uman. Dacă codonii sunt afectaţi de o singură substituţie această mutaţie se numeşte mutaţie missens. Bolile care se datoresc unor mutaţii în mai multe puncte diferite sunt β talasemia, fibroza chistică, fenilcetonuria (PKU), boala Tay-Sachs * Β talasemia a fost prima boală la care s-au identificat mutaţiile punctiforme ca fiind cauza apariţiei unei hemoglobine anormale prin afectarea transcripţiei, matisării ARN-mesager şi translaţiei. Aspecte clinice – copiii homozigoţi nu au la naştere anemie datorită nivelului crescut al hemoglobinei fetale. Cu toate acestea boala se manifestă după primul an de viaţă cu anemie, paloare şi slăbiciune. Apare hepatosplenomegalia datorată hematopoezei extramedulare. Apare o poliferare a măduvei osoase în bosele frontale. Dezvoltarea fizică şi sexuală este întârziată. Tratamentul se face cu transfuzii sanguine şi transplante medulare. *Fenilcetonuria (PKU) se transmite printr-o genă autosomal recesivă care determină diferite mutaţii ale fenilalanin-hidroxilazei care metabolizează fenilalanina în tirozină. La aceşti bolnavi fenilalanina nu este metabolizată şi se acumulează ceea ce duce la afectarea SNC şi retard mental. Screeningul neonatal pentru PKU poate depista precoce aceşti copii bolnavi; dieta instituită precoce poate preveni retardul mental. Mutaţiile missens pot duce la alterarea unui codon care codează o proteină structurală (anemia cu celule în seceră rezultă pentru că pe catena α a hemoglobinei în poziţia 6 acidul glutamic este înlocuit de valină), sau pot afecta funcţia proteinei când mutaţia are implicaţii asupra unui lanţ metabolic, sau modifică structura tridimensională a proteinei compromiţându-i funcţia.
Mutaţiile dinamice • Se datoresc expansiunii secvenţelor repetate de trinucleotide în gene noi. Aceste trinucleotide pot fi prezente în capătul 5’ al genei, în regiunea codantă a genelor şi la capătul 3’ al genei • Expansiunea tripletului CGG în capătul 5’ de peste 200 de ori induce situsuri fragile (ex. sindromul X fragil) • Expansiunea tripletului în capătul 3’ a genei duce la distrofie miotonică O altă categorie de mutaţii dinamice se realizează prin expansiunea mai mică (între 35 şi 150 de ori) a trinucleotidului CAG în regiunea codantă a genei: rezultă afecţiuni neurodegenerative inclusiv boala Huntington, ataxie spinocerebeloasă, etc.
•
Anticipaţia este apariţia unei boli genetice cu severitate mai mare sau la o vârstă mai tânără în generaţiile tinere ale familiei. Se poate datora extinderii regiunii de trinucleotide repetate dacă mutaţia dinamică trece prin meioză şi primele faze ale dezvoltării embrionare. - În bolile care sunt cauzate de mutaţii dinamice (sindrom X fragil, boală Huntington, distrofie miotonică) există o corelaţie strânsă între dimensiunea extinderii trinucleotidelor repetate şi severitatea bolii sau vârsta de debut. Mutaţiile negative dominante
-
În unele situaţii, dacă numai una din alelele unui locus funcţionează normal, organismul nu reuşeşte să sintetizeze suficient produs de sinteză (ex: hipercolesterolemia familială). Astfel se consideră că mutaţia determină un efect dominant. - Alteori în urma acestor mutaţii rezultă un produs anormal care interferează cu funcţiile produsului normal de sinteză al alelei interesate (ex: în deficienţele de creştere în osteogeneza imperfectă) Există o distribuţie etnică specifică a mutaţiilor. Acest lucru face ca anumite boli genetice să apară cu o frecvenţă mai mare în anumite populaţii: anemia falciformă este mai frecventă la negrii, hipercolesterolemia familială este mai frecventă la canadienii francezi. Frecvenţa mai crescută a unor genopatii poate fi explicată prin avantajul selecţiei acestor indivizi (persoanele care au hematii în seceră sunt protejate în faţa malariei) sau prin efectul de cuplu fondator într-o populaţie. BAZELE BIOCHIMICE ALE BOLILOR GENETICE 24
Genetică Medicală
.
Există situaţii în care dezvoltarea normală sau apariţia unei stări de boală se produce prin interacţiunea factorului genetic (“intrinsec”) şi nongenetic (“extrinsec”). Chiar şi atunci cînd se iau în considerare numai factorii genetici e important să se amintească că genele mutante nu acţionează izolat, ele influenţând acţiunea multor altor gene. Erorile înnăscute de metabolism sunt determinate de mutaţii genetice largi care pot fi cauzate de o singură genă cu transmitere mendeliană (boala Tay-Sachs) sau un proces mult mai complex (boala arterelor coronariene). Multe boli pot fi tratate sau ameliorate prin dietă sau alte modalităţi nongenetice, dar stabilirea unor strategii necesită o cunoaştere a fiziopatologiei sau proceselor fundamentale. Relaţia gene-proteine Fiecare dintre genele structurale specifică secvenţa de aminoacizi a proteinei sau controlează rata de sinteză a unei proteine specifice. Consecinţa imediată a unei mutaţii genice este schimbarea calităţii sau cantităţii proteinei specifice. Astăzi, peste 500 modificări biochimice sunt parţial / complet cunoscute. Medicii trebuie să fie familiarizaţi cu modul în care variatele tipuri de mutaţii influenţează proteina finală şi determină patologia clinică. Conceptul “o genă – o enzimă” este acum numit “un cistron – un polipeptid” pentru că produsul genei nu este totdeauna o enzimă şi pentru că polipeptidele pot fi subunităţi în interiorul enzimelor. Principiile care susţin acest concept sunt următoarele: • Toate procesele biochimice sunt controlate genetic. • Fiecare cale biochimică parcurge etape, fiecare dintre acestea fiind controlate de diferite enzime. • Fiecare enzimă e codificată de una sau mai multe gene. • O singură mutaţie genetică poate cauza o alterare a unei reacţii biochimice. Toate perturbările unei singure gene au ca rezultat o moleculă proteică anormală sau un control anormal al unor molecule. Funcţiile proteinelor şi modificările funcţiei proteinelor Proteinele funcţionale (enzime) sunt implicate în metabolism şi proteinele plastice în structura organismului. Mutaţia poate cauza o tulburare genetică specifică pentru fiecare funcţie a proteinei 1. Efectele directe biologice Multe mutaţii acţionează direct în producerea bolii:
•
Osteogeneza imperfectă cuprinde un grup de tulburări care implică defecte în producerea colagenului tip I. Colagenul de tip I este o proteina majoră din structura osului. Are o structură helicoidală compusă din 2 lanţuri de procolagen pro α 1 şi pro α 2. Copiii cu acest tip sever de osteogeneză imperfectă au fost descoperiţi că prezintă o mutaţie punctiformă ce implică o substituţie a Glicinei , care produce instabilitatea colagenului, afectează producerea acestuia sau asamblarea fibrilelor de colagen în matricea extracelulară. Copiii afectaţi sunt heterozigoţi pentru mutaţie şi frecvent mor cu fracturi severe .
•
Beta-talasemia: este consecinţa unor mutaţii pe gena ß – globinei ceea ce afectează sinteza lanţurilor ß. Funcţia normală a moleculei de hemoglobină este transportul oxigenului de la plămâni la ţesuturile periferice. Mutaţiile alterează transportul oxigenului şi stimulează distrugerea hematiilor, inducând o anemie severă. Homozigoţii cu anemie severă necesită repetate transfuzii sanguine.
•
Sindromul Kartagener (sindromul cililor imobili) Acest sindrom autosomal recesiv combină bronşiectazia, dextrocardia şi sterilitatea masculină. La microscopul electronic sunt absente cozile spermatozoizilor cauzând imobilitatea lor. Tot electronomicroscopic se observă că mişcarea cililor mucoasei bronşice e absentă ducând la o lipsă de curăţire a secreţiilor pulmonare Deoarece cilii necesită multe proteine structurale e mai mult ca sigur că mutaţiile sunt heterogene. 2. Proteine care afectează metabolismul altor molecule Multe defecte biochimice provoacă efecte secundare. Dacă sinteza sau transportul lor este afectat, ele pot cauza fiecare o deficienţă a produsului sau acumularea dăunătoare a precursorului. Dacă membrana de transport este implicată poate exista o malabsorbţie sau o creştere a pierderii renale. Adesea, mecanismul exact de producere al simptomatologiei bolii este neclar.
•
Fenilcetonuria. Fenilalanin-hidroxilaza hepatică transformă aminoacidul fenilalanina în tirozină. Deficitul de fenilalanin-hidroxilază va determina creşterea nivelului de fenilalanină şi al metaboliţilor săi indolici, care vor produce retardare mentală şi paloare la copiii afectaţi. Tratamentul implică o restricţie severă orală de fenilalanină.
•
Galactozemia. Cea mai comună enzimă deficitară implicată este galactozo-1-fosfat-uridil transferaza. Copiii prezintă hepatomegalie, icter şi hipotonie. Moartea se produce prin acidoză. Deficienţa enzimei 25
Genetică Medicală
.
produce acumularea galactozei care nu poate fi transformată în glucoză. Tratamentul impune eliminarea lactozei din dietă.
•
Boala Tay-Sachs. Hexozaminidaza A este implicată în metabolismul lipidelor. Aceasta mută zaharuri dintr-o ramificaţie particulară a lanţului lung al lipidelor (ceramide), care acţionează ca o suprafaţă membranară receptoare în creier. La pacienţii afectaţi sinteza anormală a enzimei conduce la acumularea masivă de lipide în celulele nervoase. Afectează progresiv copiii prin pierderea îndemânării şi vederii. Moartea survine la vârste tinere. Nu există tratament.
•
Mucopolizaharidoze(MPZ). Nivelele deficitare de α1 iduronidază apar în 3 ipostaze fenotipice clinice, care fac parte din MPZ : a. Sindromul Hurler: copiii afectaţi prezintă anchiloze articulare, hepatosplenomegalie, cataractă şi retardare mintală progresivă. Copiii mor prin infecţii respiratorii sau afecţiuni cardiace. b. Sindromul Scheie: este asemănător (anchiloze articulare, cataractă) cu sindromul Hurler, dar efectele sunt mai atenuate şi copiii nu dezvoltă retard mintal. Diagnosticul nu poate fi stabilit înainte de vârsta adultă. c. Sindromul Hunter–Scheie: este un fenotip intermediar cu atingere articulară şi cataractă, şi cu retardare mintală redusă. Toate cele trei stări clinice sunt asociate cu o producţie anormală de mucopolizaharide şi nivele scăzute de α1 iduronidază.
•
Fibroza chistică Gena implicată a fost găsită responsabilă de codificarea unei proteine reglatoare a conductanţei transmembranare care e implicată în transportul clorului prin membrana celulară la nivelul pancreasului, plămânului şi glandelor sudoripare. Este indus un defect în permeabilitatea clorului cu apariţia unei boli obstructive cronice pulmonare şi insuficienţă pancreatică. Tratamentul este încă numai simptomatic.
•
Deficienţa hormonilor tiroidieni Există numeroase defecte ale hormonogenezei tiroidiene (deficit de tiroid, peroxidază, substanţă cărăuş anormală, receptor anormal pentru iod) fiecare fiind moştenite ca trăsături autosomal recesive. Unele deficite ale hormonului tiroidian, cum ar fi deficitul peroxidazei tiroidiene ce implică conversia necorespunzătoare, sunt produse de un număr anormal de alele care răspund de severitatea clinică. Rezultatul final este hipotiroidismul congenital care induce la copil trăsături grosolane, întârziere în creştere şi eventual retard mintal. Tratamentul constă în administrarea exogenă de hormoni tiroidieni. 3. Tipuri de alterări proteice: Sinteza proteică e rezultatul transcripţiei ADN în mARN şi în proteine la nivelul ribozomilor. Transcripţia este realizată de la nucleotid la nucleotid prin complementaritate, în timp ce translaţia se face de la nucleotid înspre secvenţa de aminoacizi. Reglarea transcripţiei şi translaţiei determină procesul normal de dezvoltare. Procesul de sinteză a proteinelor poate fi întrerupt în următoarele etape: • Transcripţia şi splicing-ul ARN-ului mesager Alterarea în totalitate a mARN-ului transcris se observă când deleţiile/mutaţiile implică aranjarea sau lipirea situsurilor, sau introducere unui codon stop sinteză. Aceste modificări se traduc prin incapacitatea de citire a unei secvenţe complete de ADN şi imposibilitateade transcrierii ei în mARN(talasemiile rezultă prin reducerea sau absenţa totală a sintezei globinei).
•
Translaţia. Dacă o mutaţie se produce prin modificarea structurii ADN transcripţia poate avea loc, însă translaţia informaţiei în polipeptid poate fi oprită de un codon stop sinteză apărut în urma mutaţiei şi poziţionat la început .
•
Structura secundară şi terţiară a polipeptidelor. Mutaţiile care afectează structura secundară sau terţiară a proteinelor se reflectă în producţia proteinei. Plicaturarea anormală poate duce la o moleculă instabilă. Mutaţiile colagenului pot conduce la o legare încrucişată anormală având ca rezultat alterarea proteinei structurale. Un exemplu de alterare a proteinelor structurale datorată mutaţiilor colagenului este observată în sindromul Ehlers-Danlos când pielea are mare elasticitate şi hiperextensibilitate.
•
Localizarea tridimensională. O proteină completă poate ocupa o poziţie specifică în structura celulei. Modificarea secvenţelor de aminoacizi poate interfera cu capacitatea proteinei de a fi localizată la locul potrivit. Multe proteine necesită o localizare normală pentru o funcţie normală. a. La unii pacienţi cu metilmalonil-acidemie, enzimei îi lipseşte secvenţa lider, ceea ce împiedică pătrunderea enzimei în mitocondrie. Enzima nu funcţionează normal decât în interiorul mitocondriei . Copiii prezintă manifestări ca vomă şi stare de rău. 26
Genetică Medicală
.
Diagnosticul enzimopatiilor Implică identificarea acumulării sau pierderii metaboliţilor, măsurarea nivelurilor specifice enzimatice sau identificarea variantelor de proteine.
Suspectarea bolii biochimice. Deşi au fost caracterizate multe dintre mutaţiile responsabile de bolile metabolice, clinicianul şi biochimistul notează în primul rând simptomele pacientului sau profilul său biochimic. Până cănd defectul primar este clarificat, tot ceea ce clinicianul observă este consecinţa varietăţii tipurilor de mutaţii. * primele suspiciuni le ridică unele modificări biochimice care sunt diagnosticate ca urmare a testelor screening la naştere înainte de apariţia oricăror simptome clinice. Semnele clinice pot deasemenea sugera modificări ale unui sistem. De exemplu: sângerarea excesivă poate fi prima manifestare a hemofiliei; slăbiciunea musculară poate fi semnalul distrofiei musculare Duchenne; ambiguitatea genitală poate indica lipsa sensibilităţii la androgeni.
Analiza directă a proteinelor sau enzimelor. Când calea biochimică este cunoscută, o apreciere directă a enzimei sau produsului enzimatic este posibilă. Poate fi utilizat sânge, culturi de fibroblaşti din piele sau urină. De exemplu un copil poate fi suspectat ca având boala Tay – Sachs dacă prezintă o deteriorare progresivă fizică şi mentală, chiar dacă a părut normal în primele luni de viaţă. Pentru confirmarea diagnosticului măsurarea activităţii hexozaminidazei A în sânge poate fi utilă.
Studiul culturilor celulare. Orice fibroblaşti din piele sau limfoblaşti transformaţi pot fi folosiţi pentru o examinare biochimică completă. Incorporarea precursorilor radioactivi în creşterea celulelor, folosirea unor studii performante şi compararea rezultatelor de la un număr de indivizi cu aceeaşi boală reprezintă avantajele unei culturi pe termen lung.
Tehnicile moleculare. Analiza linkage-ului şi a mutaţiei directe sunt utile pentru un număr mare de modificări biochimice. Acestea fac posibil diagnosticul precoce la fel de bine ca identificarea heterozigoţilor. Relaţia genotip – fenotip O întrebare la care trebuie să se răspundă este dacă aspectul clinic poate fi prevăzut prin cunoaşterea genei implicate. Cunoaşterea actuală a mutaţiilor specifice sugerează următoarele: 1. Mutaţiile alelice pot apărea în diferite fenotipuri clinice. Mutaţiile genei distrofinei pot conduce la distrofie musculară Duchenne sau distrofie musculară Becker, depinzând în totalitate de funcţionalitatea distrofinei. La pacientul cu talasemie deficienţa poate prezenta variaţii mari, depinzând de tipul şi localizarea mutaţiilor alelice. 2. Aspectul clinic nu poate fi prevăzut prin cunoaşterea mutaţiilor specifice. Deşi defectul primar poate fi ştiut evoluţia ulterioară a bolii poate fi neclară. De exemplu, schimbările identificate în situsul X fragil nu pot explica întârzierea vorbiri sau alte manifestări ale sindromului X fragil. 3. Moştenirea caracterelor nu este întotdeauna recesivă. Majoritatea stărilor de deficienţă enzimatică sunt manifeste doar la homozigoţi, deşi heterozigoţii normali pot avea nivele intermediare ale enzimei implicate. Oricum, multe boli biochimice (hipercolesterolemia familială, osteogeneza imperfectă tip I) care implică proteine structurale sau de transport se manifestă la heterozigoţi. Homozigoţii sunt rar diagnosticaţi, doar în anumite condiţii. 4. Consideraţii clinice după diagnostic. Odată ce modificarea metabolică a fost diagnosticată precis, trebuie acţionat în următoarele direcţii: 1. Sfatul genetic al individului afectat sau al familiei. 2 Identificarea heterozigoţilor 3. Diagnosticul prenatal. 4. Tratamentul imediat al individului afectat.
CAPITOLUL 3 POLIMORFISMUL GENETIC
27
Genetică Medicală
.
Polimorfismul şi markerii genetici Polimorfismul genetic este apariţia într-o populaţie a două sau mai multe alele pentru un locus cu o frecvenţă mai mare decât cea pe care o poate menţine mutaţia. Polimorfismele sunt diferenţele genetice care realizează variaţiile din interiorul speciilor. În practică este dificil să se cunoască ce frecvenţă poate fi menţinută pentru o alelă prin mutaţie. Se spune că există un polimorfism dacă cea mai comună alelă pe un locus are o frecvenţă < 99 %. Polimorfismul este general, mai ales în regiunile necodante ale ADNului. Markerul genetic este un caracter cu transmitere ereditară cu alele uşor de cunoscut. Un marker genetic implică un polimorfism care poate fi uşor detectabil. Markerul poate sau nu să fie parte a unei gene structurale. În general cei mai valoroşi markeri genetici sunt cei mai polimorfici. Aceştia sunt cei pentru care un individ prezintă 2 forme diferite şi pentru fiecare formă diferite variante cu frecvenţe apreciabile în populaţie. Polimorfismele reflectă alterări ale secvenţelor ADN care pot fi demonstrate prin tehnologii ADN. Proteine alterate, enzime sau antigene şi caractere anormale pot toate indica polimorfisme. Amprenta ADN, care implică de obicei testarea markerilor minisateliţi, s-a folosit în stabilirea paternităţii, determinarea zigotismului şi identificarea unui individ pe baza unui simplu fragment de sânge, păr sau alte fragment de ţesuturi. Multe polimorfisme au fost detectate prin identificarea produşilor genici alteraţi • Variantele ereditare ale enzimelor au o structură proteică modificată. Acest lucru poate fi demonstrat prin alterarea activităţiii enzimatice, mobilităţii electroforetice, termostabilităţii sau alte modificări fizice (variaţiile electroforetice şi ale activităţii glucozo–6-fosfat dehidrogenezei care sunt comune popoarelor din Africa sau sudul Europei)
•
Variantele antigenice pot de asemenea reflecta alterările proteinelor de structură. Se evidenţiază prin teste serologice, reacţia de hemaglutinare, sau Atc citotoxici. Grupele sanguine ABO, sistemul Rh şi sistemul HLA sunt exemple importante ale polimorfismului antigenic. Markerii genetici pot fi folosiţi la determinarea probabilităţii de asocierie a genelor tarate prezente într-o familie sau la un individ. Pot fi deasemenea folosite la determinarea legăturilor dintre indivizi şi la determinarea posibilelor asemănări genetice ale sângelui şi ţesuturilor unui individ. 1. Gemenii. Din punct de vedere genetic există două tipuri de gemeni: • Gemenii monozigoţi (MZ) sunt identici, au toate genele comune(98%) şi derivă din acelaşi zigot care produce doi embrioni prin separare. • Gemenii dizigoţi (DZ) au ½ din gene comune, ei se dezvoltă din 2 zigoţi separaţi şi au aceeaşi relaţie genetică între ei ca orice alţi fraţi. Markerii genetici pot fi folosiţi pentru determinarea zigotismului. • Gemenii MZ au alele identice pe toţi locii testaţi • DZ diferă unul de celălalt printr-un număr substanţial de loci. • Markerii genetici pot fi folosiţi într-o manieră similară în determinarea zigotismului în cadrul seturilor de tripleţi sau alte naşteri multiple • Markerii genetici nu trebuiesc folosiţi pentru a distinge gemenii de sexe diferite, care sunt de cele mai multe ori dizigoţi. 2. Testarea paternităţii • Testarea paternităţii necesită probe de la copil, mamă şi tatăl prezumptiv • În general paternitatea poate fi confidenţial exclusă, dar nu cu certitudine, folosind markeri genetici. Sunt posibile două situaţii de excludere: * paternitatea este exclusă dacă nici măcar cel puţin două alele ale unui locus (din genotipul tatălui prezumptiv) nu sunt prezente la copil (ex: dacă tatăl prezumptiv este homozigot pentru un marker genetic pe care copilul nu îl prezintă, paternitatea este exclusă) * paternitatea este exclusă dacă tatăl prezumptiv pierde o alelă pe care o prezintă copilul, dar pe care nu o găsim la mamă. Dacă copilul are un marker pe care nu-l găsim nici la tată, nici la mamă, paternitatea poate fi exclusă. Probabilitatea paternităţii poate fi calculată pe baza numărului de markeri testaţi şi a frecvenţei alelelor pentru care copilul este testat. Cu amprenta ADN, care foloseşte markeri extrem de polimorfici şansa stabilirii paternităţii creşte dacă copilul este comparat cu tatăl biologic. Alte utilizări ale markerilor genetici includ următoarele: 28
Genetică Medicală
.
• Determinarea originii sângelui şi fragmentelor de ţesut obţinute ca probe medico-legale (prin compararea amprentei ADN între aceste probe şi proba recoltată unui eventual suspect ) • Identificarea persoanelor dispărute: markerii genetici ai unei persoane dispărute şi cei ai părinţilor sau altor membrii ai familiei pot fi comparaţi pentru a stabili dacă există o legătură reală biologică între aceste persoane. Grupurile sanguine sunt importante pentru a preveni accidentele transfuzionale. Grupa de sânge reflectă antigenele de pe suprafaţa hematiei, antigenele care sunt codate de gene polimorfe care în mod obişnuit se transmit mendelian. Aceste antigene se pot identifica prin teste serologice. Grupul sanguin MN este format din două alele codominante. De aceea genotipul poate fi determinat direct din fenotip. Grupul sanguin MN nu este important pentru transfuzii sau pentru determinarea compatibilităţii fetale Grupul sg ABO joacă un rol important în transfuziile sanguine. Există trei alele majore implicate în realizarea grupurilor sanguine. * Alela A se exprimă codominant. Indivizii care au genă A prezintă AgA pe suprafaţa hematiilor. Cei care nu au gena A sintetitează spontan anticorpii anti AgA.
•
Alela Β prezintă codominanţă. Persoanele cu alela Β prezintă AgΒ pe suprafaţa hematiilor, cei care nu au în genotip această alelă dezvoltă spontan Atc anti AgΒ • Alela o este o recesivă a alelelor A şi B. Această alelă nu induce un Ag de suprafaţă corespunzător. Regulile transfuziei sanguine: * Hematiile care prezintă un anumit Ag pe suprafaţa hematiilor pot fi transfuzate numai persoanelor cu acelaşi antigen ( grupul sg AB poate fi transfuzat numai indivizilor de grup sg AB, dar nu celor A sau B). Pentru că nu are anticorpi anti A sau anti B grupul AB este primitor universal. * celulele sanguine (hematiile) lipsite de antigene pot fi transfuzate oricărei persoane (grupul sanguin O este donator universal.) Sistemul sanguin Rh prezintă o alelă (D) care produce un antigen de suprafaţă major. Indivizii care prezintă acest antigen sunt consideraţi Rh+, cei fără acest antigen sunt Rh-. Indivizii Rh pozitiv sunt homozigoţi sau heterozigoţi pentru gena D(DD,Dd), cei Rh - sunt homozigoţi recesivi.
•
Indivizii Rh- sunt capabili să producă anticorpi anti Ag D, dar fac acest lucru numai când sunt expuşi la sânge Rh+. Sensibilizarea unei femei Rh- apare frecvent când ea este însărcinată cu un fetus Rh + sau în urma unei transfuzii cu sânge Rh+
•
Boala hemolitică a nou-născutului (eritroblatoză fetală) este rezultatul distrugerii hematiilor fetale de Atc materni. Cea mai comună cauză a bolii hemolitice a nou-născutului este incompatibilitatea Rh. Riscul apariţiei bolii hemolitice este mare când mama este Rh- şi tatăl Rh+. Dacă tatăl este DD, toate sarcinile mamei sunt expuse acestui risc. Dacă tatăl are genotip heterozigot (Dd) numai ½ din sarcinile mamei prezintă riscul bolii hemolitice (50 % din fetuşi sunt Rh-) - boala hemolitică a nou născutului de obicei nu se manifestă la prima sarcină a mamei, pentru că sensibilitatea nu apare înainte ca ea să producă anticorpii anti Rh. După apariţia bolii hemolitice la nounăscut, reacţia hemolitică tinde să devină tot mai gravă la fiecare sarcină următoare. - boala hemolitică la n.n. este de obicei prevenită prin preîntâmpinarea sensibilizării femeilor Rh- în urma transfuzilor cu sînge Rh+ şi prin tratarea femeilor Rh- însărcinate cu anticorpi anti Rh. Aspecte genetice: sistemul Rh este complex. Gena este duplicată şi în completarea antigenului major D, codat la locusul RHD, există şi alte antigene minore (C şi E) care sunt codate de locusuri adicente. Ocazional şi aceste antigene minore pot avea o semnificaţie clinică. Pentru a preveni rejecţia transplantului trebuie să existe o similitudine cât mai mare între genele complexului HLA ale donatorului şi primitorului • Gemenii homozigoţi realizează o pereche donator/primitor ideală, pentru că au complexe HLA absolut identice şi locusuri geni identice şi pentru alte gene, ceea ce influenţează succesul transplantelor • Un părinte şi copilul său sunt de obicei haploidentici, ceea ce înseamnă că ei împart unul şi acelaşi haplotip • Fraţii au, de obicei, şansa de 25 % de a fi identici, 50 % de a fi haploidentici şi 25 % să fie complet diferiţi fiind posibile 4 combinaţii ale haplotipurilor materne şi paterne. Boala genetică şi factorii etnici. Populaţiile umane încep de obicei ca populaţii mici care treptat se împart în mai multe grupuri. Termenul de “etnic” se referă de obicei la aceste grupe care pot diferi prin cultură, religie, rasă sau limbă tradiţională. Compararea polimorfismelor mitocondriale a dus la concluzia că, deoarece mitocondria se 29
Genetică Medicală
.
transmite pe linie maternă, toţi oamenii derivă dintr-o mamă comună ancestrală sau, cel puţin dintr-un număr mic de mame ancestrale. 1. Diferenţele genetice. Cu excepţia gemenilor monozigoţi, fiecare om este diferit din punct de vedere genetic. Polimorfismul este o regulă în ceea ce priveşte nivelul variaţiilor ADN-ului, regiunile noncodante dintre genele active tind să devină înalt polimorfice. Conceptul “tipul sălbatic” care este frecvent folosit în studiile de genetică experimentală nu poate fi folosit la om pentru că tipul sălbatic este homozigot pentru alela normală a tuturor locilor (la om s-a constatat că fiecare persoană poartă câteva alele mutante care pot cauza boli sau pot predispune la boli în anumite circumstanţe). 2. Populaţiile umane diferă genetic • Diferenţele fizice includ caractere pe care oamenii le folosesc în mod tradiţional pentru a defini grupurile etnice (mărimea corpului, pigmentaţia părului şi a pielii, structura feţei) • Diferenţe medicale: există o frecvenţă mai mare a unor boli în rândul unor populaţii după cum se vede din tabelul următor: Boala α talasemie Anencefalia β -talasemia
Buza de iepure Gura de lup Nefroza congenitală Hiperplazia CSR cong. Fibroza chistică Diabetul zaharat
Deficienţe G-6-PDH Hipertensiune Cancer nazofaringian Siclemia (anemia cu celule în seceră) Boala Tay-Sachs
Populaţia Asiatici S-E Africani Irlandezi Italieni Asiatici S Greci Africani Japonezi Americani Mexicani Finlandezi Eschimoşii din Alaska N-europeni Evreii Ashkenazi Americani Mexicani Italieni, greci, africani, chinezi Africani Africani Chinezi Africani Evreii Ashkenazi
CAPITOLUL 4 MUTAŢIILE CROMOZOMIALE DEFINIŢIE. CLASIFICARE Aceste anomalii cromozomiale pot fi întîlnite într-o varietate de situaţii clinice: 50 % sunt recunoscute sau diagnosticate în perioada gravidităţii în urma avorturilor (jumătate din aceste avorturi sunt datorate unor mutaţii cromozomiale). Mai târziu, în perioada gestaţiei, 6 % dintre copiii nou născuţi şi tot atâţia n.n. morţi prezintă anomalii cromozomiale. Fetusul purtător al unei mutaţii cromozomiale este predispus la malformaţii, tulburări de dezvoltare sau hidrops. La fel, copiii distrofici sau dismorfici pot fi purtătorii unei anomalii cromozomiale. Anomalii moştenite cromozomiale pot fi suspectate în cuplurile sterile sau cu avorturi spontane repetate, sau care au copii care prezintă dismorfisme. Când diagnosticul anomaliei cromozomiale este făcut prenatal prognosticul copiiilor este greu de stabilit. Cele mai valoroase informaţii referitoare la consecinţele clinice ale anomaliilor cromozomiale sunt date de observarea copiilor diagnosticaţi din cauza problemelor care apar după naştere.
30
Genetică Medicală
.
Tipuri de anomalii cromozomiale 1. Anomaliile numerice pot fi reprezentate de aneuploidii şi poliploidii a. aneuploidia este dată de adiţia sau pierderea unuia sau rareori a doi cromozomi dintr-o pereche b. poliploidia este adiţia unuia sau a mai multor seturi complete haploide de cromozomi 2. Anomalii de structură sunt rearanjamente ale materialului genetic în cadrul aceluiaşi cromozom sau între doi cromozomi diferiţi. Aceste rearanjamente pot fi echilibrate când nu se produc modificări esenţiale în interiorul materialului genetic, sau neechilibrate când rezultă un câştig sau o pierdere în segmentele esenţiale ale cromozomului. Frecvenţa anomaliilor cromozomiale • 50 % din avorturile spontane şi mai mult de 5 % din toate sarcinile cunoscute sunt purtătoare de anomalii cromozomiale • aproximativ 0,5 % (1/200) din nou-născuţi au anomalii cromozomiale În tabelul 2 sunt prezentate succint diferitele tipuri de mutaţii cromozomiale şi diagnosticul lor. a. aneuploidiile cromozomilor sexuali sunt responsabile pentru 33 % din mutaţiile cromozomiale b. aneuploidiile autosomale determină 25 % din anomaliile cromozomiale c. rearanjamentele cromozomiale de structură echilibrate răspund pentru 33 % din anomaliile cromozomiale d. rearanjamentele cromozomiale structurale neechilibrate cauzează 8 % din anomaliile cromozomiale • doar anomaliile structurale echilibrate şi mutaţiile cromozomilor sexuali pot fi compatibile uneori cu un fenotip normal. Tabloul clinic al anomaliilor cromozomiale Există mai multe situaţii clinice când putem suspecta o anomalie cromozomială: 1. Cuplurile sterile • 2 – 4 % din cuplurile sterile pot prezenta un rearanjament autosomal; uneori unul dintre membrii cuplului poate avea un număr modificat de gonosomi • anomaliile cromozomiale pot apărea în deficienţe ale gametogenezei sau defecte de nidaţie sau implantare a zigotului
• •
• •
2. Avorturile spontane şi nou născuţii morţi Aceste avorturi spontane se pot asocia cu tulburări de creştere şi dezvoltare embrionare ale sacului gestaţional sau cu embrioni şi fetuşi malformaţi (pierduţi după primul trimestru de sarcină) Aneuploidia se poate oberva la 50 % sau mai mult dintre avorturile spontane şi poate apărea şi la nou născutul mort care prezintă frecvent malformaţii 3. Nou născuţii vii cu anomalii: Au deficienţe clinice comune cum ar fi malformaţiile, tulburările de dezvoltare şi creştere întârziată , afectarea aparatului de reproducere Sunt rezultatul unor aneuploidii sau rearanjamente structurale neechilibrate apărute întâmplător la genitor şi purtate de gameţii care se fecundează.
31
Genetică Medicală
Anomalia cromozomială Triploidie Monosomie - Autosomală - Cromozomul x
Trisomie - Autosomală - Pe heterocromozomi DeleţiiAutosomale -pe cromozomul X Duplicaţii Autosomale
.
Rezultatul aberaţiei
Apariţia
Trei cromozomi în fiecare pereche ( 3 n) Un singur cromozom în pereche (2 n-1) Un singur cromozom sexual
La avortoni
3 cromozomi într-o pereche (2 n +1) Un cromozom sexual în plus Monosomie parţială pe un singur autosom. Monosomie parţiala a unui cr. X Trisomie parţială
Letală în primele săptămâni de sarcină Este frecvent letală în prima parte a sarcinii, dar poate fi descoperită numai în prima copilărie sau în adolescenţă Este letală în sarcină pentru toţi autosomii cu excepţia cr. 13,18,21 De obicei dgs se pune la pubertate sau uneori la adult De obicei prezentă la naştere sau în timpul primei copilării Poate fi detectată de la naştere până la vârsta adultă De la naştere până în prima copilărie
TABEL nr.2TIPURI DE ANOMALII CROMOZOMIALE MUTAŢII CROMOZOMIALE DE NUMĂR Trisomia – constă în prezenţa a 3 cromozomi într-o pereche în care de obicei găsim doar 2 cromozomi omologi. Au fost observate trisomii pentru fiecare dintre autosomi cu excepţia cromozomului 1 - cele mai multe din trisomii duc la moartea embrionului, de aceea sunt cele mai frecvente mutaţii cromozomiale care sunt depistate la embrionii avortaţi spontan - viabilitatea embrionilor care poartă o trisomie este dată de mărimea şi conţinutul materialului genetic purtat de cel de-al treilea cromozom. Cu excepţii foarte rare doar trisomiile 13,18,21 supravieţuiesc postnatal şi pot fi diagnosticate în populaţie - trisomiile cromoxomilor sexuali (XXX, XXY) au ca efect deficienţe în dezvoltare; uneori sunt depistate la avortoni sau fetuşi morţi dar mai frecvent sunt diagnosticate la nou născuţii morţi * Mecanismele de producere şi factorii asociaţi Nondisjuncţia constă într-o alterare a segregării cromozo-miale sau cromatidiene care afectează diviziunea celulară în timpul meiozei sau mitozei. 1. Nondisjuncţia din prima diviziune meiotică (fig. 11. - meioza I) constă în lipsa de separare (segregare) a cromozomilor omologi. 2. Nondisjuncţia din a doua diviziune meiotică (meioza II) rezultă din lipsa de separare a cromatidelor surori din cromozomii bicromatidici. 3. Ambele mecanisme pot duce la formarea gameţilor anormali, disomici sau nulosomici, pentru cromozomul respectiv. În urma fecundării acestor gameţi rezultă zigoţi purtători de aneuploidie (fie trisomie, fie monosomie).
32
Genetică Medicală
.
Fig. 11. Meioză 4. Nondisjuncţia mitotică în celulele somatice este asemănătoare cu nondisjuncţia din meioza II, când nu se realizează disjuncţia cromatidelor în anafază; vor rezulta celule trisomice şi monosomice. Nondisjuncţia apare cu o frecevnţă mai mare în ovogeneză decât în spermatogeneză (studiile citogenetice arată că în 90 % din cazurile de sindrom Down extracromozomul este de origine maternă, în urma nondisjuncţiei meiotice primare). Nu s-au putut atribui erorile mecanismului de diviziune celulară unor factori din mediul extern cum ar fi radiaţiile, administrarea de hormoni sau consumul de alcool. Nu a fost stabilită etiologia genetică a nondisjuncţiei primare la om. Singura influenţă sigură este vârsta înaintată a mamei. Vârsta maternă avansată favorizează avorturile spontane şi apariţia trisomiilor la n.n. Cu toate eforturile considerabile care au fost depuse nu s-a putut depista natura factorilor care influenţează desfăşurarea procesului de segregare cromozomială. În celulele trisomice poate apărea nondisjuncţia secundară în timpul diviziunii celulare. Astfel femeile cu sindrom Down pot să producă la rândul lor gameţi disomici sau monosomici pentru cromozomul 21. Riscul recurenţei pentru trisomii 13,18 sau 21 este 1-2 % pentru mamele al căror prim copil trisomic s-a născut când ea avea mai puţin de 30 de ani. Peste 30 de ani riscul creşte după o curbă exponenţială *Sindroame clinice Sindromul Down sau trisomia 21 apare cu incidenţă de 1/680 n.n. Frecvenţa este dublă la embrionii de 10-12 săptămâni, trisomia 21 fiind o cauză extrem de frecventă a avorturilor spontane.
•
prenatal: ecografia poate pune în evidenţă hidropsul fetal, stenoza sau atrezia duodenală, femurul scurtat. Nivelul crescut al α fetoproteinei materne sporeşte şansa diagnosticării unui sindrom Down la fetus
•
nou-născutul are un facies caracteristic rotund cu rădăcina nasului largă, epicantus, pete Brushfield la nivelul irisului, limbă mare proeminentă, urechi mici şi occipital turtit. Investigaţiile paraclinice pot pune în evidenţă hiperbilirubinemie, rare leziuni cardiace (defecte ale canalului atrioventricular, septului atrial şi ventricular)
•
în copilărie sau la adultul tânăr se constată retardul mental care de obicei este moderat. Alte semne clinice pot fi: hipotrofia staturală, boli autoimune, surditate. Femeile au o fertilitate redusă şi un risc de 50 % de a avea o sarcină purtătoare de trisomie 21. Adulţii în vârstă sunt predispuşi la demenţă presenilă tip Alzheimer. Odată ce individul supravieţuieşte primului an de viaţă poate să ajungă la vârsta înaintată de 50-60 ani. Trisomia 13 are o incidenţă de 1/5000 n.n.
•
Prenatal: majoritatea embrionilor cu trisomie 13 sunt avortaţi în primul trimestru al sarcinii. În perioada celui de-al doilea trimestru, anomaliile care pot fi observate prin examinarea ultrasonografică includ o întărziere în creştere şi dezvoltare, leziuni congenitale cardiace, dezvoltarea redusă a encefalului, leziuni faciale (holoprosencephal) şi omphalocel.
33
Genetică Medicală
.
•
Nou-născutul prezintă anomalii la nivelul extremităţii cefalice: dismorfism craniofacial cu gură de lup, buză de iepure, anencefalie, microcefalie, ciclopie. Aproape toţi nou-născuţii afectaţi au anomalii cardiace letale şi un retard mental profund – greu de decelat la această vârstă, dar sigur prezent. Trisomia 18 are o incidenţă de 1/3500 n.n.
•
Prenatal: cele mai multe din trisomiile 18 sunt diagnosticate la avortoni sau la n.n. morţi. Anomaliile sunt severe şi sunt date de întârzierea în dezvoltare, leziuni cardiace congenitale, hernii diafragmatice (detectate prin ultrasonografie)
•
La naştere nou născutul cu trisomie 18 are un facies mic cu ocipital proeminent, urechi mici şi ascuţite, pliuri cutanate, piele încreţită. Majoritatea prezintă malformaţii cardiace şi la nivelul altor organe interne. Este mai frecventă la nou născutul de sex feminin care sunt profund handicapaţi Sindromul Klinefelter (47,XXY) apare cu o incidenţă 1/800 n.n.. Semnele clinice caracteristice acestui sindrom include : • Băiat tânăr slab cu purtare imatură • Băiat la pubertate cu testicule mici • Bărbat adult cu un aspect eunucoid, ginecomastie şi musculatură slab dezvoltată • Bărbat aparent normal cu sterilitate si azoospermie. Aceşti indivizi au un risc crescut pentru cancer de sân şi schizofrenie Producţia de testosteron este deficitară datorită hialinizării şi fibrozării progresive a tubilor seminiferi, majoritatea acestor bărbaţi sunt sterili Este necesară suplimentarea de durată cu testosteron,. Sindromul 47, XYY apare cu aceeaşi frecvenţă ca şi sindromul 47, XXY • Bărbaţii cu acest sindrom nu prezintă dismorfisme • Diagnosticul este pus cel mai adesea accidental în urma unor screninguri prenatale, sau la nou-născuţi • Semnele clinice includ statura înaltă şi uneori problemele sociale pe care aceşti indivizi le prezintă; în prezent este negată agresivitatea extremă şi criminalitatea care a fost atribuită la început indivizilor cu acest sindrom şi care este enumerată în foarte multe publicaţii de specialitate. Femeile cu sindrom 47, XXX nu au, în majoritatea cazurilor, manifestări clinice. Ele sunt fertile şi pot da naştere la urmaşi normali. La un număr mic dintre ele poate fi prezentă sinostoza radioulnară, oligomenoreea, amenoreea secundară şi menopauza prematură. Ele prezintă un risc ridicat pentru boli psihice, în special pentru schizofrenie. Monosomiile constau din prezenţa unui singur cromozom din perechea cromozomilor omologi. Are efecte mult mai grave asupra dezvoltării embrionare şi fetale decât trisomia: • Monosomiile autosomale sunt letale asupra produsului de concepţie şi deci nu au putut fi puse în evidenţă la nou-născuţii vii • Monosomnia pentru cromozomul X (45,X) este o formă comună de mutaţie cromozomială. Se diagnostichează atât la avortoni dar şi la paciente în viaţă cu sindrom Turner. Semne clinice în sindrom Turner (incidenţa 1/2500 n.n de sex feminim) • În primul trimestru al sarcinii 10 % din avorturile spontane sunt cauzate de tulburările majore de embriogeneză pe care le induce monosomia X
• • •
•
În al doilea trimestru al sarcinii examinarea cu ultrasunete poate pune în evidenţă hidropsul fetal, coarctaţia aortei şi malformaţiile rinichiului. Majoritatea acestor fetuşi se vor naşte morţi. la nou născutul cu sindrom Turner aspectul poate fi normal sau putem înâlni semne caracteristice: gâtul palmat, toracele în scut, coarctaţia aortei, edeme la mâini şi picioare în copilărie trăsăturile caracteristice sunt statura mică şi suflul cardiac. Fetele la pubertate prezintă amenoree primară sau secundară şi lipsa de dezvoltare a caracterelor sexuale secundare; majoritatea sunt sterile (ovarele se transformă în bandelete fibroase). Dezvoltarea mentală este normală dar pot apărea anomalii de percepţie spaţială. la femeia adultă care nu a primit un tratament hormonal de suplinire apare osteoporoza şi boli cardiovasculare cu debut precoce
•
citogenetica în sindromul Turner poate pune în evidenţă nu numai monosomia X(45,X) dar şi mozaicismul (46,XX/45,X/47,XXX), sau prezenţa unui izocromozom 46,XXqi, sau o monosomie parţială (46,XXp-) Monozomia x poate rezulta prin nondisjuncţie dar şi prin anafază întârziată. Riscul recurenţei în sindromul Turner nu creşte odată cu vârsta avansată a mamei
34
Genetică Medicală
.
Mozaicismul în aneuploidii Mozaicismul constă în prezenţa a două sau mai multe linii celulare cu diferite cariotipuri la acelaşi individ. O linie celulară normală coexistă cu o linie celulară anormală care poate prezenta o mutaţie cromozomială de număr sau structură. O anumită linie celulară poate să apară în toate ţesuturile, dar poate să fie găsită şi numai într-unul singur sau o parte din ţesuturi. Aspectul clinic pentru fiecare mozaicism depinde de conţinutul cromozomului implicat dar şi de proporţia liniilor celulare normale sau patologice. Printre mozaicismele mai frecvent întâlnite putem menţiona: trisomia 8 (copil cu dismorfism facial, retardare mentală, întârziere în creştere, contractura fexorilor degetelor de la mâini şi picioare), mozaicisme pentru trisomiile 13,18,21, sau sindrom Turner când femeile pot fi fertile, etc. Mozaicismele rezultă prin nondisjuncţie cromozomială în perioada embriogenezei, deci după prima diviziune a celulei ou. Disomia uniparentală Este prezentă într-o linie celulară diploidă când amândoi cromozomii unei perechi provin de la un singur părinte, sau în cazul unei celule trisomice când 2 cromozomi provin de la acelaşi părinte (unul este cromozomul “leneş” din anafaza întârziată). În acest al doilea caz liniile celulare diploide rezultate prin diviziunea celulei trisomice pot prezenta disomie uniparentală. Consecinţele posibile ale disomiei uniparentale pot fi:
•
Amprentarea (imprintingul) unei gene sau regiuni cromozomiale în funcţie de originea parentală (maternă sau paternă) a cromozomului implicat, se traduce prin nivele anormale ale proteinei sintetizate. Ex: sindromul Prader-Willi pentru disomia 15 maternă, şi sindrom Angelman pentru disomia uniparentală 15 (paternă)
Poliploidia • Triploidia (3 n) se caracterizează prin 69 cromozomi cu sexul genetic XXX, XXY sau XYY • Tetraploidia (4 n) = 92 cromozomi şi sex genetic XXXX, XXYY Reprezintă 20 % din anomaliile cromozomiale care induc avort spontan în primul trimestru; placenta prezintă hiperplazie trofoblastică şi poate apărea mola hidatiformă parţială: în al II-lea şi al III-lea trimestru sarcina se caracterizează prin retard în dezvoltare; se dezvoltă un oligohidroamios progresiv, placenta este mică iar fătul are macrocefalee, leziuni cardiace şi sidactilie, nou-născuţii vii sunt foarte rari şi supravieţuiesc o perioada mică de timp. În cazul triploidiilor avortul se produce frecvent în primul trimestru, iar în cazurile rare când sarcina evoluează fetusul are malformaţii cardiace majore, microcefalie, retard în dezvoltare. ANOMALII CROMOZOMIALE DE STRUCTURĂ (rearanjamente cromozomiale) Rezultă în urma rupturii şi schimburilor segmentelor cromozomiale la diferite nivele. Multe din structurile noi , cum ar fi fragmentele acentrice cromozomiale şi cromozomii dicentrici, sunt foarte instabile în timpul diviziunii celulare, ceea ce duce la pierderea materialului cromozomial şi moartea celulei. Se pot produce de asemenea o varietate de alterări stabile ale cromozomului uman. 1. Deleţia reprezintă o pierdere de material genetic la nivelul braţului unui cromozom. Clasificare:
•
Deleţia terminală interesează unul din capetele telomerice ale cromozomului şi constă într-o ruptură a braţului cromozomial. Fragmentul acentric rezultat este pierdut în timpul diviziunii celulare.
•
Deleţia interstiţială rezultă după realizarea a două linii de ruptură şi pierderea fragmentului interstiţial rezultat
•
Cromozomul în inel rezultă prin două rupturi ale capetelor terminale ale cromozomului de fiecare parte a centromerului şi fuzionarea la nivelul punctelor de ruptură, după încurbarea prealabilă a braţelor legate de centromer. Segmentele distale rezultate în urma rupturilor sunt pierdute şi astfel indivizii cu cromozom în inel au deleţii atât pe braţul lung (q) cât şi pe cel scurt (p) al cromozomului implicat Deleţiile pot să apară ca rezultat al segregării unor cromozomi cu inversii sau translocaţii pe cromozomii urmaşilor din părinţi care au suferit aceste rearanjamente structurale echilibrate în timpul vieţii.
•
Sindroamele clinice care apar în urma deleţiilor pe braţele cromozomiale se caracterizează printr-un fenotip anormal. Semnele clinice caracteristice sunt secundare unei pierderi de material genetic de la 35
Genetică Medicală
.
nivelul unei benzi sau subbenzi a braţului cromozomial, material genetic care conţine o anumită informaţie, cu o anumită funcţie genetică. Sunt trei sindroame caracteristice mai frecvente: a. Sindromul “cri du chat”(cat cry) – “mieunatul pisicii” (46,XX,5p- ; 46,XY,5p-) Nou născutul are faciesul rotund şi un ţipăt asemănător cu mieunatul pisicii care dispare cu timpul, de asemenea prezintă malformaţii cardiace şi un retard mental sever. De obicei este vorba de o deleţie terminală “de novo” pe braţul scurt al cromozomului 5: zona critică este 5p15 b. Sindromul Wolf-Hirschhorn (4 p –) Nou-născuţii au dismorfism cranio-facial, frunte proeminentă, retard în creştere, trunchi lung, membre subţiri, malformaţii cardiace, renale, ale SNC şi retard mental. 10 – 50 % din aceste deleţii sunt asociate cu translocaţii familiale, regiunea implicată este 4p16 c. Cromozomul 14 în inel (14 r) Punctele de ruptură observate mai frecvent sunt 14p11 şi 14q32. Nou-născutul prezintă dismorfism facial cu sau fără retard mental.
Sindroamele date de microdeleţii rezultă din deleţii mici care interesează benzile cu rezoluţie înaltă evidenţiate prin diagnosticul citogenetic. * sindromul Prader-Willi: în acest sindrom semnele clinice evoluează după naştere: • La n.n. apare o hipotonie profundă care impune un diagnostic diferenţial cu bolile metabolice sau miopatiile • În prima copilărie , între al 2-lea şi al 3-lea an de viaţă, copilul cu sindrom Prader – Willi dezvoltă apetit foarte crescut şi obezitate tronculară. Mâinile şi picioarele sunt mici, copii sunt hipotonici, cu retard mental • În perioada pubertară se accentuează obezitatea şi apare gonadismul dacă nu se instituie o terapie corespunzătoare *Sindromul Angelman : copiii prezintă convulsii, ataxie, retard mental; sunt veseli şi hiperactivi Citogenetica: aproximativ 60 % din copiii cu sindrom Prader Willi au deleţii vizibile sau rearanjamente interesând cromozomii 15q11-13; la aceştia se adaugă 15 % la care se detectează prin metoda FISH deleţii submicroscopice. Rămân 25 % din cazuri la care se pune în evidenţă disomia uniparentală maternă pentru cromozomul 15, fără deleţie. În această ultimă situaţie cauza fenotipului Prader Willi este fenomenul de imprentare genetică pentru regiunea critică. * s. Müller-Dieker se caracterizează prin lissencefalie (creier foarte mic) şi trăsături dismorfice cum ar fi fruntea înaltă, microcefalia. Se datorează unei deleţii 17 p 13.3 Cazurile acestea decedează rapid. Riscul recurenţei este neglijabil pentru aceste sindroame de deleţii în afară de cazul când un părinte are rearanjament cromozomial. De aceea, părinţii trebuiesc investigaţi înaintea acordării sfatului genetic. 2. Duplicaţiile constau într-un câştig de material genetic şi se traduc prin trisomii parţiale pentru anumite segmente cromozomiale. • Segmentele duplicate pot avea aceeaşi direcţie sau pot fi regiuni inversate ale fragmentelor cromozomiale interesate • Duplicaţiile segmentelor cromozomiale pot rezulta din rearanjamente structurale familiale cum ar fi translocaţia sau inversia • Riscul recurenţei nu este mare în afară de cazul în care duplicaţia este un rearanjament cromozomial familial Izocromozomul: unul din braţele cromozomului (p sau q) este duplicat şi tot materialul genetic al celuilalt braţ este pierdut. Cele 2 braţe ale cromozomului, aflate de o parte şi de alta a centromului sunt imagini în oglindă ale aceleiaşi informaţii genetice. Pentru majoritatea autosomilor izocromozomii induc un rearanjament neechilibrat care este letal. Cu toate acestea există şi cazuri viabile de izocromozomi pentru braţele lungi ale unor cromozomi acrocentrici, cazuri care prezintă un fenotip normal
•
•
Izocromozomul pentru braţul lung al cromozomului 21 [45,XX, i(21 q)] duce la lipsa braţelor scurte ale celor doi cromozomi 21, pe când braţele lungi sunt prezente de două ori într-un cromozom. Este o mutaţie cromozomială similară translocaţiei robertsoniene în care pierderea materialului braţului scurt al cromozomului acrocentric implicat nu se traduce prin efecte fenotipice deosebite. Dacă un cromozom sau regiune cromozomială suferă o amprentare genetică, disomia uniparentală creată de un izocromozom are consecinţe clinice. De exemplu izocromozomul 15 q duce la apariţia sindromului Prader- Willi 36
Genetică Medicală
.
•
În cazul cromozomilor de sex, izocromozomul Xq se întâlneşte la aproximativ 10 – 15 % din femeile cu s. Turner. Aceste femei au un cromozom X normal, celălalt fiind un izocromozom pentru braţul lung. Funcţional Xq i se traduce printr-o monosomie Xp. Aspectul clinic este identic cu un sindrom Turner 45,X. Mecanismul de producere: separarea celor două braţe cromozomiale în timpul diviziunii celulare nu se realizează în plan longitudinal ci în plan transversal, cu pierderea braţelor scurte în cazul izocromozomului Xq, sau a braţelor lungi în cazul Xpi. Un mecanism şi mai complex duce la formarea izocromozomului dicentric. Riscul de recurenţă: dacă părinţii au un izocromozom pe un autosom (21 qi) riscul de apariţie pentru o trisomie la urmaşi este de 100 %. Deoarece izocromozomul merge într-unul din gameţi în timpul meiozei, pot rezulta gameţi nulosomici sau disomici. Fecundarea unui gamete nulosomic dă o monosomie letală pentru celula ou. Fecundarea gametelui disomic duce la trisomie, caz frecvent întâlnit în trisomia 21.
3. Inversiile se produc prin modificarea ordinei materialului genetic de pe un cromozom ; segmentul dintre două linii de ruptură se răsuceşte cu 1800 . De cele mai multe ori cromozomul rezultat chiar dacă nu pierde sau câştigă material genetic îşi modifică morfologia. Pot să apară “de novo” sau pot fi prezente într-o familie pe parcursul a mai multe generaţii * Tipuri: a) inversia pericentrică este rezultatul a două rupturi şi rearanjamentului materialului genetic de ambele părţi ale centromerului b)inversia paracentrică este rezultatul unor rupturi şi a unui rearanjament de aceeaşi parte a centromerului. Cromozomul rezultat va avea avelaşi aspect morfologic dar va prezenta o ordine modificată a benzilor din structură. Inversia poate să se producă în timpul diviziunii meiotice a) inversia pericentrică: deoarece purtătorii unei inversii au în mod obişnuit un cromozom normal şi unul care poartă această inversie, perechea de cromozomi omologi va suferi o recombinare în profaza meiozei primare, printr-un crossing over în buclă; rezultă cromozomi cu duplicaţii sau deleţii pentru segmentele aflate în afara punctelor de ruptură care determină inversia. • Cromozomii neimplicaţi în recombinare sunt similari cu cromozomii parentali(unul normal, unul inversat) • Embrionii care primesc un cromozom recombinat au un cariotip neechilibrat. Supravieţuirea lor depinde atât de mărirea materialului duplicat sau deletat cât cât şi de cromozomul afectat. b). Inversiile paracentrice Ca şi în cazul reversiei pericentrice se poate forma în timpul meiozei o buclă între punctele de joncţiune ale segmentului inversat.
37
Genetică Medicală
.
Fig. 12. Inversie • • •
o singură recombinare îm interiorul buclei produce cromozomii recombinaţi instabili (fie dicentrici, fie acentrici) care în mod obişnuit sunt letali şi rareori pot fi depistaţi la nou-născuţii vii Dacă nu se produce crossingoverul în buclă cromozomii rezultaţi vor fi identici cu cromozomii parentali Semnele clinice - purtătorii inversiilor paracentrici şi pericentrici au un fenotip normal - diagnosticul se poate pune întâmplător prin testare pentru diagnosticul prenatal, la avorturile spontane (când rearanjamentul neechilibrat prezintă macroduplicaţii sau deleţii) şi la nou-născuţii. morţi sau vii cu duplicaţii sau deleţii mici rezultate în urma inversiei
4. Translocaţiile de fuziune centrică rezultă prin fuzionarea braţelor lungi între doi cromozomi acrocentrici; se întâlneşte mai frecvent între cromozomii 13-15, 21 şi 22
Fig. 13. Translocaţie de fuziune centrică
38
Genetică Medicală
.
•
Punctele de ruptură de la care pornesc aceste rearanjamente sunt la nivelul sau în aproprierea centromerului la amândoi cromozomii implicaţi. • Braţele lungi ale cromozomilor fuzionează iar braţele scurte se pierd astfel că heterozigoţii purtători ai acestui rearanjament prezintă doar 45 cromozomi. • Purtătorii translocaţiei robertsoniene sunt normali şi translocaţia este echilibrată pentru că braţele scurte ale cromozomilor acrocentrici sunt bogate în material genetic heterocromatinizat şi gene care codifică r-ARN, această informaţie se găseşte în copii multiple şi pe alţi cromozomi acrocentrici. • Cea mai comună translocaţie robertsoniană este 45,XX sau XY, t(13q14q) şi se întâlneşte cu o frecvenţă de 1/1500 de indivizi. De asemenea translocaţia 14q21q este comună şi este frecvent o cauză de sindrom Down. • Consecinţele meiozei la purtătorii cu translocaţie robertsoniană: gameţii care rezultă în urma segregării vor prezenta rearanjamentele echilibrate şi neechilibrate; în acest tip de translocaţie 3 cromozomi sunt de obicei implicaţi pentru că braţele scurte s-au pierdut. Cromozomii parentali purtători ai unei translocaţii robertsoniene (14q21q )+ sunt reprezentaţi în fig. 14. Complexul reprezintă 3 structuri cu segmente omoloage pentru cromozomii interesaţi. B. Sunt posibile 3 tipuri de segregare. În tipul 1, cromozomul translocat (der.14) segregă de cromozomii 14 şi 21. Fecundarea gameţilor rezultaţi va produce un cariotip cu translocaţie echilibrată sau unul normal în ambele situaţii fenotipul fiind normal. În segregările tip 2 şi 3 toţi gameţii rezultaţi vor fi anormali şi va rezulta o trisomie sau monosomie pentru braţul lung al cromozomului q atât pentru cromozomul 21 cât şi pentru cromozomul 14. Numai unul din gameţii tipului 2 (der. 14 şi 21) vor permite după fecundare realizarea unui zigot viabil. Aceşti copii vor prezenta s. Down(trisomie 21 q)].
39
Genetică Medicală
.
Fig. 14. Segregarea cromozomilor cu translocaţie Robertsoniană Semne clinice în t (14 q 21 q): purtătorii acestei translocaţii sunt clinic normali. • În urma fecundării rearanjamentul devine neechilibrat şi zigotul poate prezenta trisomie 21 când sarcina poate ajunge la termen, trisomie 14 (avort spontan precoce) sau monosomie atât pentru cromozomul 14 cât şi 21 (avort spontan precoce). • Urmaşii cu rearanjamente echilibrate pot avea cromozomii normali, dar ca şi părinţii ei vor fi purtători ai translocaţiei Familiile care au această translocaţie pot avea numeroşi membrii cu sindrom Down sau cu avorturi repetate. De aceea este important să se facă cariotipul cuplurilor care au avorturi. 5. Translocaţia reciprocă se produce prin ruptura şi schimbul unor segmente între cromozomii neomologi. Punctele de ruptură la nivelul cărora se face schimbul pot avea orice localizare pe cromozom.
Fig. 15. Translocaţia reciprocă Este un rearanjament cromozomial echilibrat la părinţi. * Consecinţele meiozei la purtătorii de translocaţii reciproce: • segmentele omoloage ale celor două perechi de cromozomi implicaţi în translocaţie şi cromozomii translocaţi (der 6, der 7) vor forma un complex în cruce (cu 4 structuri) - segregarea cromozomilor pereche va duce la formarea gameţilor care pot fi cu cromozomi normali, cu translocaţie echilibrată sau neechilibrată - disjuncţia complexului “în cruce” în anafază distribuie în mod normal doi cromozomi unei celule şi alţi doi cromozomi altei celule (2:2) dar uneori este posibilă şi o distribuţie 3:1. A. Segmentele omoloage ale perechilor de cromozomi implicaţi se aşează în cruce. B. Segregarea se poate face în 3 tipuri după cum centromerii perechilor de cromozomi vor fi alternanţi sau adiacenţi fusului de diviziune în anafază. Gameţii rezultaţi vor purta o translocaţie echilibrată sau vor fi normali când segregarea este alternativă. În segregările adiacente 1 şi 2 se produc gameţi anormali fie cu duplicaţii fie cu deficienţe de segmente cromozomiale. Pentru majoritatea translocaţiilor semnele clinice anormale rezultă după segregarea adiacentă 1 la urmaşi viabili anormali sau la avortoni. În segregarea adiacentă II gameţii rezultaţi vor prezenta duplicaţii şi deleţii majore ceea ce duce după fecundare la eliminarea zigotului înainte de nidarea în mucoasa uterină. - gameţii cu translocaţii neechilibrate rezultaţi dintr-o disjuncţie 2:2 au amândoi duplicaţii şi deleţii pentru segmentele implicate în translocaţii; cei rezultaţi din disjuncţie 3:1 pot avea duplicaţii sau deficienţe pentru segmentele implicate ale celor 2 cromozomi sau pot fi nulosomici sau disomici pentru fiecare dintre ei. (Riscul de recurenţă pentru purtători 20 % - 30 % ).
40
Genetică Medicală
.
Fig. 16. Meioza la un purtător de translocaţii t(6.7)
7 6. Alte anomalii Situsurile fragile ale cromozomilor Sunt puncte care pot fi vizualizate dacă culturile celulare sunt tratate în anumite condiţii. Sunt transmise genetic şi au localizări specifice pe cromozomi. • Sunt peste 100 de situsuri fragile raportate; se ştie că grupul cu sensibilitate la folat este localizat în vecinătatea tripletelor repetitive. • Acest grup a fost identificat pe autosomi şi pe cromozomul X. Numai două din situsurile de pe cromozomii X sunt asociate cu fenotipuri clinice, cel mai comun este retardarea mentală cu X fragil (Xq 27.3). Cromozomii markeri Derivă din rearanjamente structurale şi sunt găsiţi în mod obişnuit sub forma extracromozomilor Cromozomii marker se formează prin rearanjament structural şi în mod obişnuit sunt găsiţi ca piese extracromozomiale. 1. Mecanismul formării şi cromozomii de origine sunt necunoscuţi. Marea majoritate a cromozomilor care se prezintă ca şi markeri constituţionali sunt mai mici decât cromozomul 22. Pot să fie cromozomi în inel, sau cromozomi bisatelitaţi, sau pot fi metacentrici. 2. Markerii mici pot manifesta instabilitate mitotică şi pot avea un mozaic de forme. Ei pot prezenta variaţii ale heterocromatinei şi eucromatinei. 41
Genetică Medicală
.
3.Numeroşi markeri sunt compatibili cu o dezvoltare normală şi inteligenţă normală. Ei pot fi transmişi ereditar fără a avea consecinţe fenotipice. Alterori, ca în cazul unei duplicaţii a cromozomului 15, pot induce anomalii fenotipice. 4.Identificarea markerilor se poate face folosind hibridizarea in situ cu fluorescenţă. 5.Implicaţiile clinice depind de originea şi conţinutul markerului. Ruperea cromozomilor: cromozomii rupţi rezultă în urma unor leziuni ale cromozomilor în metafază, care pot duce la deleţii sau translocaţii *inducerea leziunilor rezultă din surse interne (procese de sinteză sau reparatorii ale ADN-ului) sau externe ( radiaţii, substanţe chimice) În acest grup de boli sunt incluse afecţiuni hematologice, malformaţii şi chiar afecţiuni cu un risc crescut de malignizare.
•
Anemia Fanconi (pancitopenică) Copiii pot prezenta o varietate de malformaţii interne şi externe. Malformaţia caracteristică este la nivelul radiusului şi policelui, apar de asemenea pete pigmentare pe trunchi, boli cardiace congenitale şi malformaţii renale. Prin hipoplazia medulară a oaselor aceşti copii dezvoltă în timp pancitopenie, şi în stadiile finale leucemie, necesitând un transplant de măduvă. Citogenetica evidenţiază un număr mare de rupturi cromozomiale în culturile de limfocite, testarea este mai fidelă dacă în tratarea culturilor se foloseşte un agent alchilant (DEB)= diepoxybutanul.
•
Sindromul Bloom Copiii afectaţi prezintă retard în dezvoltare, teleangiectazii la nivelul feţei. Au risc crescut de a dezvolta procese maligne.
•
Teleangiectazia Copiii prezintă ataxie progresivă şi teleangiectazie la nivelul urechilor, conjunctivei şi alte regiuni ale feţei. Frecvent survine moartea prin infecţii cronice şi procese maligne. În condiţii normale de cultură cromozomii acestor copii au o frecvenţă crescută a rupturilor, liniile celulare sunt sensibile la radiaţia ionizantă.
CAPITOLUL 5 BOLI CONGENITALE Orice deviaţie de la tipul normal de structură, formă sau funcţie constituie o anomalie, care dacă este prezentă la naştere este considerată congenitală. Anomaliile congenitale sunt cauze comune ale morbilităţii şi mortalităţii în special în copilărie. Unele anomalii congenitale nu sunt identificate de la naştere, deşi prin definiţie toate sunt deja constituite în momentul naşterii: malformaţiile externe cum ar fi polidactilia, buza de iepure şi despicătura palatină sunt în general diagnosticate imediat după naştere, dar anomaliile interne sau funcţionale (implicând de exemplu inima, rinichii sau creierul) pot să nu fie observate decât târziu în viaţă. Anomaliile congenitale similare la indivizi diferiţi pot avea cauze diferite. Acest fenomen se numeşte heterogenitate etiologică. a. Cauza unei anomalii congenitale nu poate fi determinată, în mod obişnuit, dacă anomalia apare singură, izolată b. Pentru a determina cauza trebuie luate în consideraţie oricare alte anomalii congenitale care pot fi prezente la copil, la fel de bine ca şi istoricul sarcinii şi cel familial. c. Este important să determinăm dacă o anomalie congenitală este izolată (doar o anomalie la un copil care în rest este normal) sau o parte a unui cadru generalizat cu multiple anomalii: - anomaliile congenitale izolate în mod obişnuit (dar nu întotdeauna) sunt date de o etiologie multifactorială - anomalii congenitale multiple la un copil, de obicei, nu au etiologie multifactorială.
42
Genetică Medicală
.
Tipuri de anomalii congenitale 1) Malformaţiile sunt defecte morfologice rezultate dintr-un proces intrinsec, anormal de dezvoltare. Malformaţiile pot avea o varietate de cauze şi o structură malformată manifestă o dezvoltare anormală, devreme în embriogeneză. *0 Exemplele includ polidactilia, sindactilia, majoritatea spinelor bifide, despicăturilor palatine şi majoritatea tipurilor de boli congenitale cardiace. 2) Defectele de creştere sunt defecte morfologice rezultând prin alterarea sau modificarea unui proces normal de dezvoltare. Ele pot rezulta ca efecte ale agentului teratogen sau pot avea o cauză necunoscută; nu sunt în mod obişnuit, cauzate de o genă sau un cromozom anormal. Pot apărea în orice moment al gestaţiei, iar manifestările tind să difere în funcţie de etapa gestaţională în care se instalează. Exemplele includ compresiunile bridelor amniotice asupra piciorului şi cele mai multe cazuri de porencefalie (leziuni chistice în interiorul creierului). 3) Deformările sunt anomalii de formă sau poziţie a unei părţi a corpului cauzate de forţe mecanice disruptive. Deformaţiile rezultă din interferenţa mecanică a diferiţilor agenţi cu creşterea normală, funcţională sau poziţională a fetusului în uter. Factorii de constrângere care pot predispune la deformări includ: prima sarcină (uterul nu mai rezistă la întindere), mama de înălţime mică, uter mic, malformaţie uterină, fibroame mari uterine, pelvis matern mic, angajarea precoce a capului fetal în strîmtoarea pelviană, poziţie fetală anormală (transversală), oligohidramnios, făt mare, sarcină cu mai mulţi feţi. În mod obişnuit deformările nu sunt cauzate de o singură genă sau un cromozom normal, în afară de cazul când se asociază cu alte malformaţii la acelaşi copil.
Deformaţiile sunt uşor descoperite în partea a II-a a sarcinii când mărimea fătului e mai mare. Deoarece deformările sunt cauzate de factori mecanici ele pot fi adesea tratate prin mijloace mecanice. De exemplu, deformaţiile de poziţie ale picioarelor pot fi tratate cu succes prin terapie fizică sau mijloace de contenţie. 4 4) Displaziile sunt defecte morfologice de organizare anormală a celulelor în ţesuturi. 5 Displazia e adesea produsă de o singură genă anormală şi se dezvoltă de-a lungul embriogenezei Exemplele includ hemangioamele şi displazia tanatoforică (o formă letală de dwarfism).
Mecanismele (originile) anomaliilor congenitale:
Secvenţele sunt tipuri de anomalii derivate dintr-un singur defect structural sau factor mecanic ştiut sau presupus. O secvenţă poate fi gândită ca o cascadă de anomalii toate derivând direct sau indirect dintr-un singur defect primar; o secvenţă poate avea cauze diferite a. Un exemplu este sindromul ROBIN care e caracterizat de forma în “U” a despicăturii palatine, mandibula mică şi tendinţa limbii de a obtura calea aeriană. Eroarea primară a morfogenezei în acest exemplu este un maxilar mic (micrognaţia). Aceasta face ca orofaringele să fie prea mic ca să conţină o limbă normală, de aceea limba rămâne parţial în nasofaringe şi impiedică oasele palatine să poată fuziona. Mărimea despicăturii palatine este o problemă serioasă la un copil cu maxilar mic, dar despicătura palatină este o consecinţă secundară a micrognaţiei. Există multe cauze pentru secvenţa Robin (sindrom Stickler care este o stare autosomal dominantă, sau trisomia 18), dar mulţi alţi factori pot cauza un maxilar mic la embrion. b. Un alt exemplu este afectarea hidroamniosului. Semnele acestei tulburări ale mediului intrauterin de dezvoltare a produsului de concepţie includ hipoplazia pulmonară (care e adesea fatală), deformări de poziţie ale mâinilor şi picioarelor şi facies Potter (o comprimare aparentă a feţei). Poate apărea ca o consecinţă a scăderii lichidului amniotic: prin pierderea lichidului amniotic şi scăderea producţiei lichidului amniotic (prin hipoperfuzie placentară sau anurie fetală).
Defectele de dezvoltare ale primordiilor sunt modele de anomalii rezultate din tulburarea dezvoltării terenului morfogenic sau a unei părţi din acesta. Defectele asemănătoare ale primordiilor la copii diferiţi pot avea cauze diferite. Un exemplu este holoprozencefalia, o serioasă anomalie de dezvoltare a creierului (mezencefalului) care este adesea asociată cu ochi aşezaţi apropiat unul de celălalt, hipoplazia nasului şi despicătura mediană a buzelor şi palatului. Toate aceste anormalii pot fi urmarea prezenţei unui singur defect în mezodermul precordial în a 3-a sau a 4-a săptămână a dezvoltării embrionare, defect care poate fi indus de cauze diferite.
Sindroamele sunt anomalii în care toate componentele au legătură patologică între ele. 43
Genetică Medicală
.
În genetica clinică termenul de “sindrom” implică o etiologie similară la toţi indivizii afectaţi, deşi cauza specifică nu este obligatorie în sindroamele din alte contexte medicale. Exemple de sindroame genetice includ sindromul Down (cauzat de trisomia cromozomului 21), sindromul alcoolic fetal (cauzat de consumul cronic de alcool al mamei de-a lungul sarcinii) şi sindromul Marfan (cauzat de o moştenire dominantă a mutaţiei genei fibrinei). Identificarea sindromului este un scop al evaluării genetice, deoarece ea va permite realizarea unui sfat genetic corect.
Asocierile sunt tipuri de anomalii care se produc împreună mai frecvent decât se produc întâmplător izolat, dar nu sunt identificate ca secvenţe, sindroame sau defecte de dezvoltare. Cu alte cuvinte o asociere este o grupare neîntâmplătoare a două sau mai multe anomalii congenitale la acelaşi copil; o asociere similară poate avea cauze diferite la copii diferiţi. Exemple de asocieri: urechi anormale şi anomalii renale, o singură arteră ombilicală şi defecte cardiace sau anomalii vertebrale, cu anomalii cardiace şi renale. Cu cât se cunosc mai multe despre patogeneza anomaliilor congenitale, unii copii care prezintă astfel de asocieri, au şansa de a fi reclasificaţi ca având un sindrom, o secvenţă sau un defect de dezvoltare.
Anomaliile minore sunt trăsături morfologice neobişnuite, dacă în prealabil sunt excluse cauze grave medicale sau cosmetice Exemplele includ alterări dermatoglifice, încreţirea anormală a părului capilar, alterări ale formei auriculelor şi coaste bifide. 1) Anomaliile minore sunt importante deoarece ele pot fi semne clinice ale anomaliilor congenitale şi permit clasificarea acestora în sindroame specifice. Sindromul Down, sindromul alcoolic fetal şi multe alte sindroame sunt recunoscute clinic pe baza semnelor caracteristice ale anomaliilor minore, mai degrabă decât pe a celor majore. 2) Recunoaşterea anomaliilor minore este de asemenea importantă deoarece prezenţa multiplelor anomalii minore la un copil sugerează o tulburare generalizată a embriogenezei timpurii. Dacă copilul are mai multe anomalii minore , există o mare probabilitate ca el să aibă o anomalie congenitală majoră asociată 3) Anumite anomalii minore tind să fie asociate cu anumite malformaţii: absenţa părului ondulat la nivel occipital şi ochii îndepărtaţi (hipertelorism) tind să fie asociate cu malformaţii cerebrale (microcefalia şi holoprozencefalia).
TERATOGENEZA ŞI MUTAGENEZA Teratogeneza şi mutageneza, pot cauza alterări ale structurii şi funcţiei organismului, dar mecanismele prin care ele acţionează diferă. Studiile epidemiologice sunt mijloace importante care evaluează potenţialul teratogen şi mutagen în populaţia umană. Factorii teratogeni produc daune prin alterarea dezvoltării embriologice sau fetale în mod direct sau indirect Factorii mutageni cauzează schimbări în interiorul materialului genetic care pot conduce la moştenirea bolii dacă sunt afectate celulele germinale, sau la cancer dacă sunt implicate celulele somatice. TERATOGENEZA Un agent teratogen este un agent care poate produce o alterare permanentă a structurii sau funcţiei unui organism, după o expunere în viaţa embrionară sau fetală. Teratogenii includ factori de mediu, medicamente, abuzul de droguri şi chimicale.
♦ Teratologia clinică se ocupă cu relaţia dintre anomaliile unui copil şi expunerea sa teratogenică şi cu estimarea riscului de apariţie a anomaliilor la un copil sau la o femeie care a fost expusă la un teratogen. Tratamentul urmat de o femeie însărcinată poate fi considerat, în foarte multe situaţii, ca având un potenţial teratogen. Trebuie însă reţinut faptul că nu toţi agenţii sunt teratogeni absoluţi, dar mulţi agenţi pot manifesta acest efect în anumite circumstanţe. În determinarea riscului teratogen, timpul şi condiţiile de expunere sunt la fel de importante ca şi natura agentului. Orice agent administrat într-un mod şi o doză care sunt toxice la o femeie însărcinată, poate reprezenta un pericol pentru fătul ei. În general, embrionul este foarte sensibil între a doua şi a zecea săptămână după concepţie (săptămâna 4 – 12 de la ultima menstruaţie). În această perioadă se diferenţiază şi formează majoritatea structurilor şi organelor. Fiecare structură are o perioada proprie de sensibilitate maximă în acest interval. De aceea, potenţialul teratogen al oricărui medicament 44
Genetică Medicală
.
administrat la o femeie care este aptă de a avea copii, va trebui discutat cu ea când este prescris medicamentul. Primele două săptămâni după concepţie sunt în general considerate a fi o perioadă în care produsul de concepţie poate reacţiona pozitiv la agresiunea agentului teratogen. În această perioadă produsul de concepţie conţine doar câteva celule şi alterarea acestora este de obicei reparată complet sau în situaţii majore produce moartea embrionului. Mai trebuiesc reţinute câteva aspecte legate de studiul clinic al acestor factori: • Există diferenţe individuale în susceptibilitatea la teratogeni. • Expunerea la mai mulţi agenţi teratogeni poate avea efecte diferite de cele obţinute când expunerile sunt individuale: în unele cazuri riscul poate fi substanţial mai mare decât suma riscurilor expunerilor individuale. • Expunerile teratogene tind să producă semne caracteristice în anomalii multiple, mai degrabă decât în defectele singulare: recunoaşterea majorităţii teratogenilor umani a rezultat din identificarea clinică a anomaliilor congenitale printre copiii femeilor care au fost expuse la acelaşi agent de-a lungul sarcinii (rubeolă, alcool).
♦ Factorii teratogeni sunt responsabili pentru aproape 10 % din toate anomaliile congenitale. 1. Factorii interni (ai mamei) cauzează alterări ale mediului intrauterin al embrionului sau fătului şi se datoresc perturbării echilibrului metabolic.
•
•
• •
•
Copiii femeilor cu diabet zaharat insulino-dependent au un risc de 2-3 ori mai mare pentru anomalii congenitale decât al populaţiei generale. Majoritatea malformaţiilor comune, între copiii mamelor diabetice, sunt bolile congenitale cardiace (2-3 %) şi defectele de tub neural (1-2 %). Multe alte anomalii congenitale cum ar fi displazia distală şi hipoplazia proximală femurală sunt rare, dar ele se produc mult mai adesea la copiii mamelor diabetice decât la alţi copii. O parte din aceste anomalii congenitale pot fi detectate prenatal prin examinarea cu ultrasunete Doppler, ecografie fetală sau măsurarea concentraţiei α fetoptoteinei în sângele matern sau lichidul amniotic. Diagnosticul prenatal trebuie să fie făcut la toate femeile cu diabet zaharat insulino- dependent însărcinate, dispensarizarea acestor gravide trebuind să se facă din primele săptămîni ale sarcinii. Copiii femeilor cu fenitcetonurie, care nu sunt tratate de-a lungul sarcinii, aproape sigur se nasc cu retardare mintală, microcefalie şi alte anomalii. Chiar şi copiii care nu sunt fenilcetonurici pot fi afectaţi în dezvoltarea intrauterină de hiperfenilalaninemia maternă. Copiii femeilor cu endocrinopatii sigure (tumori secretante de androgen) au un risc crescut de a se naşte cu anomalii rezultate în urma unor expuneri hormonale patologice. Femeile însărcinate care prezintă lupus sistemic eritematos au un risc crescut pentru defecte de conducere cardiacă, care pot fi tranzitorii sau permanente şi care pot cauza moartea produsului de concepţie. 2. Factorii externi Agenţii infecţioşi pot afecta embrionul sau fătul transplacentar. a. Sifilisul poate cauza infecţie congenitală prezentă la naştere sau precoce în copilărie. Poate produce moarte intrauterină sau o varietate de leziuni cutanate, rinită, hepatosplenomegalie, meningoencefalită, osteocondrită. b. Toxoplasmoza congenitală (Toxoplasma Gondii) poate fi asimptomatică sau prezentă cu o varietate de semne clinice. Copiii afectaţi sever pot prezenta corioretinită, hidrocefalie sau microcefalie, calcificări intracraniene şi retardare mintală. c. Rubeola, ca embriopatie, produce retardare în creştere, hepatosplenomegalie, purpură, icter, microcefalie, cataractă, surditate, boală cardiacă congenitală şi retardare mintală. d. Infecţia congenitală cu citomegalovirus poate produce retard în dezvoltare, hepatosplenomegalie, anemie hemolitică, purpură, icter, calcificare intracraniană şi microcefalie. e. Infecţia intrauterină cu varicelă este rară, dar poate fi extrem de severă. Manifestările includ leziuni cutanate sau cicatrici şi alte deteriorări (defecte de scurtare a membrelor, atrofie corticală). f. Virusul imunodeficienţei umane congenitale (HIV) conduce la apariţia SIDA şi moarte prematură în copilărie. Microcefalia şi evoluţia nefavorabilă pot apărea de asemenea. g. Infecţia cu Parvovirus la făt poate produce anemie severă, hidrops şi moarte 45
Genetică Medicală
•
.
Radiaţia ionizantă produce dezordini la nivelul ADN-ului şi poate afecta dezvoltarea embrionului. a. Intrauterin, expunerea la o doză mare de radiaţie ionizantă (adesea cea utilizată pentru radioterapia cancerului) poate produce microcefalie şi retard mintal. Metodele de diagnostic radiologic în sarcină, sunt rar asociate cu doze de radiaţii care să prezinte un risc substanţial pentru embrion sau făt, dar ele trebuie evitate pe cât posibil. b. Iodul radioactiv folosit în investigaţii paraclinice este concentrat în glanda tiroidă a fătului după a 13-a săptămână a sarcinii şi poate produce cretinism.
•
Agenţii poluanti din mediu şi substanţele chimice industriale trebuiesc supravegeae cu atenţie în cazul gravidelor. Au fost demonstraţi sigur teratogeni la om 2 agenţi chimici a. Intoxicare maternă în sarcină cu mâncare contaminată cu metil mercur produce afectarea sistemului nervos central. Poate produce ataxie, slăbiciune şi paralizie cerebrală. b. Ingestia maternă a unei cantităţi mari de difenil policlorinat (PCBs) în sarcină produce retard în creşterea fetală, hiperpigmentaţie difuză şi dentiţie imatură. Următorii agenţi externi sunt suspectaţi ca fiind teratogeni la oameni: a. Hipertermia, indiferent de cauză, dacă produce o creştere prelungită a temperaturii corpului matern peste nivelul normal (400 C). Valorile acestea sunt atinse în mod obişnuit prin reacţia febrilă din diverse îmbolnăviri, dar pot apărea şi printr-o folosire exagerată a saunelor . b. Expunerea maternă la o cantitate mare de plumb în sarcină a fost asociată cu o afectare a sistemului nervos central la produsul de concepţie. Oricum, studiile disponibile nu permit o separare clară a efectelor expunerii pre sau post natale.
•
Abuzul de droguri nu numai că poate afecta starea de sănătate a mamei, dar poate interfera de asemenea cu dezvoltarea embrionului sau fătului. a. Agenţi sigur teratogeni Alcoolul. Sindromul alcoolic fetal apare la copiii femeilor cu alcolism cronic sever în sarcină. Mamele copiilor cu sindrom alcoolic fetal, în mod obişnuit, beau adesea mult mai mult decât 85 g alcool absolut zilnic, echivalentul a peste 6 beri, 6 pahare cu vin sau 6 coktail-uri zilnic. Caracteristicile sindromului alcoolic fetal sunt: deficit în creştere, retardare mintală, surditate, tulburări comportamentale şi facies tipic. Faciesul este caracterizat prin fante palpebrale înguste, mijlocul feţei hipoplastic, privire lungă şi blândă. Boala cardiacă congenitală şi anomaliile structurale craniene sunt obişnuite. Cantităţi mici de alcool băute de mamă în sarcină au fost asociate cu perturbări mai puţin severe ale creşterii, performanţei intelectuale şi comportamentului la copii. Nu a fost stabilit nici un nivel de siguranţă pentru băutură la mamele însărcinate. Cocaina. Folosirea de către mame a cocainei în sarcină a fost asociată cu dezlipirea de placentă şi producerea de rupturi vasculare la făt. Abuzul matern de solvenţi organici cum ar fi: toluenul inhalat, poate cauza afectarea creierului fetal. b. Probabil teratogene: drogurile excitante cum sunt marijuana, heroina, L.S.D., cofeina (în cantitate mică de cafea, ceai sau băuturi slabe).
•
Medicamentele: 1. Tratamentul matern precoce în sarcină cu anumite medicamente chiar şi în doze uzuale terapeutice, este o cauză sigură de anomalii congenitale la om. -Thalidomida administrată în trimestrul I de sarcină poate produce focomelie, malformaţii faciale şi alte anomalii congenitale. -Aminopterina şi alte medicamente citotoxice ucid rapid celulele de creştere la făt şi cauzează deficienţe în creştere şi o varietate de alte anomalii. -O creştere a ratei anomaliilor congenitale este observată între copiii femeilor epileptice tratate medicamentos cu anticonvulsivante în timpul sarcinii . Acest risc crescut al anomaliilor congenitale este cauzat de epilepsia mamei, de efectul teratogen al medicamentelor sau de anumite combinaţii uneori nesigure. În general, terapia cu mai multe anticonvulsivante este asociată cu un risc mai crescut decât terapia cu un singur anticonvulsivant. Drogurile care au fost considerate ca având efecte teratogene, după folosirea ca anticonvulsivante, includ: Fenitoinul, Trimetadiona, Parametadiona, Carbamazepinul, Fenobarbitalul şi Acidul Valproic. Tratamentul mamei cu Acid Valproic în sarcină a fost asociat cu un risc de aproximativ 2 % pentru defecte de tub neural la copil. Riscul pentru defecte de tub neural poate fi de asemenea într-o oarecare măsură crescut între copiii femeilor tratate cu Carbamazepin în sarcină. Riscul de a avea un copil cu defect de tub neural poate fi scăzut la o femeie care a luat Acid Valproic sau Carbamazepin dacă, de 46
Genetică Medicală
.
asemenea, a luat suplimentar Acid Folic înainte de concepţie şi în primele două luni de sarcină. Diagnosticul prenatal al defectelor de tub neural va trebui efectuat la femeile care au fost tratate cu Acid Valproic sau Carbamazepin la începutul sarcinii. - Folosirea hormonilor androgeni de către mamă în timpul sarcinii poate produce virilizarea organelor genitale externe ale fetiţelor. Fiicele femeilor tratate cu Dietilstilbestrol (DES) la începutul sarcinii, prezintă adesea anomalii ale epiteliului vaginal şi cervixului şi au un risc foarte mare pentru adenocarcinoame ale vaginului sau colului. -Tratarea mamei cu litiu la începutul sarcinii a fost asociată cu o creştere a frecvenţei anomaliei cardiace Ebstein la moştenitori (o malformaţie a valvei tricuspide). -Anomaliile sistemului nervos central, malformaţiile oculare, hipoplazia feţei apar la copiii femeilor tratate cu Warfarină în sarcină. -Izotretinoinul şi Etetrinatul, echivalenţi ai vitaminei A, pot cauza malformaţii craniofaciale, ale creierului, cardiace şi altele. 2. Tratamentul mamei cu următoarele medicamente este probabil, dar nu dovedit a fi teratogen: Penicilamină, Chinină, Retinol (vitamina A) în doze foarte mari peste 25.000 u.i./zi. Tratarea mamei cu alte medicamente mai târziu în sarcină, nu cauzează malformaţii, dar poate avea efecte adverse serioase la copii. - La femeile tratate cu inhibitori ai enzimei de conversie ai angiotensinei (ACE) (Captopril, Enalapril) târziu în sarcină apare cu o frecvenţă foarte ridicată oligohidramniosul, afectarea renală fetală şi moartea fetală sau neonatală . -Tratamentul mamei cu Tetracicline în al II-lea sau al III-lea trimestru al sarcinii produce adesea schimbarea culorii dinţilor la copil. -O frecvenţă foarte crescută a atreziei intestinale apare în sarcina gemelară în care albastrul de metil a fost instilat în lichidul amniotic în timpul amniocentezei. -Tratamentul mamei cu Indometacin târziu în sarcină poate fi asociat cu dezvoltarea anuriei fetale, oligohidroamniosului, închiderea prematură a ductului arterial şi probleme ulterioare în adaptarea perinatală. • Anumite medicamente care sunt folosite obişnuit în sarcină au fost demonstrate că nu sunt teratogene dacă sunt administrate în doze convenţionale umane: Metronidazol, Aspirina, Contraceptivele orale şi spermicidele vaginale. MUTAGENEZA Un agent mutagen este un agent care alterează secvenţa ADN sau cromozomii. În timp ce agenţii teratogeni acţionează numai în perioada embriogenezei sau dezvoltării fetale, agenţii mutageni pot acţiona în orice moment al vieţii. Astfel, mutaţiile pot apărea pe gamet, zigot, embrion, făt, la copil sau adult. În timp ce agenţii teratogeni afectează dezvoltarea unui ţesut, organe sau structuri, în mutaţie este afectată o singură celulă. Dacă această celulă este un gamet, mutaţia poate fi transmisă la generaţiile următoare. Dacă o singură celulă a embrionului tânăr suferă o mutaţie, mai multe ţesuturi ale embrionului vor fi afectate (chiar şi celulele germinale); în schimb dacă mutaţia survine mai târziu, numai celulele derivate din diviziunea celulei mutante vor purta mutaţia (clone de celule normale / clone de celule mutante). Factori mutageni externi
•
Radiaţiile şi un număr foarte mare de agenţi chimici produc mutaţii la bacterii, musculiţa de oţet, şoarece şi culturi celulare la om sau animale (exemplu: urethanul, ciclofosfamida, dioxina). Un rol important îl joacă mutaţiile celulelor somatice în dezvoltarea unor neoplazii, când însă este foarte dificil să se stabilească legătura dintre aceste mutaţii şi procesul cariokinetic. • Nu există dovezi care să demonstreze că agenţii chimici induc totdeauna mutaţii care se transmit genetic la om. Acest lucru se poate explica prin existenţa proceselor reparatorii ale ADN-ului, prin faptul că cea mai mare parte a mutaţiilor sunt recesive şi deoarece rata mutaţiilor noi într-o populaţie este mult mai mică de 1 %. Din punct de vedere practic, nu există dovezi care să demonstreze că expunerea părinţilor (înainte de concepţie) la agenţi mutageni externi ar creşte substanţial riscul anomaliilor congenitale în rândul urmaşilor. . . . 47
Genetică Medicală
.
.
CAPITOLUL 8 PROFILAXIA BOLILOR GENETICE DIAGNOSTICUL PRENATAL
6
Diagnosticul prenatal este un act medical care se dezvoltă continuu şi cuprinde metode de screening (exemplu: dozarea α fetoproteinei) cât şi testări definitive. Prognosticul fiecărei sarcini s-a înbunătăţit în Europa şi America de Nord prin folosirea metodelor de contracepţie modernă şi planificarea numărului de copii. Medicii sunt mai receptivi privind factorii de risc din mediu şi factorii genetici şi faptul că trebuie făcut un diagnostic prenatal corect în servicii specializate. Corectitudinea diagnosticului prenatal necesită din partea celui care îl efectuează cunoaşterea corectă a tehnicii: rezultatele fals pozitive sau fals negative sunt posibile şi au repercursiuni majore; există un risc de avort sau de morbiditate care trebuie cuantificat pentru fiecare tip de investigaţie comparativ cu eşantioane de sarcini care nu sunt supuse acestor investigaţii. Diagnosticul prenatal permite identificarea unor riscuri la nivel populaţional când rezultatele screeningului interesează întreaga populaţie de femei însărcinate (exemplu: cariotipul fetal la femeile de peste 35 ani). Trebuie ţinut seama că există limite ale tehnicilor, că diagnosticul genetic nu este totdeauna posibil şi deci diagnosticul prenatal nu poate fi obţinut. Tehnici de diagnostic 1. Ultrasunetele au fost folosite prima dată în diagnosticul anencefaliei în 1972. De atunci, numeroase anomalii structurale au fost diagnosticate folosind aceste tehnic. Trimestrul sarcinii I II
III
Rezultate Date legate de sarcină Determinarea viabilităţii fătului Identificarea gemenilor Determinarea poziţiei placentei Screening pentru anomalii fetale Proceduri suplimentare: Biopsie de vilozitate corială Amniocenteza Determinarea poziţiei şi mărimii fătului Screening pentru suspiciuni de anomalii fetale
Detectarea prin ecografie a anomaliilor fetale sau placentare trebuie să fie urmate de investigaţii suplimentare cum ar fi cariotipizarea. Aceasta poate completa examinarea cu ultrasunete pentru că numeroase anomalii fetale discrete sunt asociate cu un risc crescut al anomaliilor cromozomiale şi mutaţiilor genice. 2. Examenul Doppler – este folosit pentru a evalua curentul sanguin în placentă şi cordonul ombilical. Examinarea permite depistarea unor afecţiuni cardiace sau modificări anormale în circulaţia sanguină (rezistenţă crescută). 3. Biopsia de vilozitate corială – este o metodă de studiu din primul trimestru al sarcinii. Se face prin biopsie transvaginală sau transabdominală din vilozitatea corială a placentei în dezvoltare, folosind un cateter flexibil sau un ac. Metoda a fost introdusă în anii 1960 şi a devenit uzuală după introducerea examinării cu ultrasunet (fig. 18). În 2 % din cazurile studiate prin această tehnică au fost raportate cazuri de mozaicisme corionice prin examinarea (amestecarea) atât a celulelor placentare cât şi ale embrionului fetal.
48
Genetică Medicală
.
Fig. 18. Biopsie vilozitate corială Biopsia se indică după primele 9 săptămâni de gestaţie, dar există riscul, dacă e făcută atât de devreme, să afecteze embrionul (pe cale vasculară). Riscul scade dacă analiza se practică mai târziu, dar nu după săptămâna 16, după care atitudinea terapeutică nu mai este eficientă.
Fig. 19. Amniocenteză 4. Amniocenteza Se face prin aspirarea cu un ac foarte fin a lichidului amniotic prin puncţie transabdominală, cultura celulelor din lichidul recoltat şi analiza lichidului amniotic pentru anumiţi markeri fetali (ca de exemplu: α -fetoptoteina). Proba se face sub ghidaj de ultrasunet, de obicei între săptămâna 15 – 17 de sarcină. Sunt aspiraţi aproximativ 15-20 ml de lichid amniotic, iar rezultatele testului pot fi comunicate după 2-4 săptămâni (în funcţie de metoda de cultură folosită). Fig. 19. Există şi sunt recunoscute câteva complicaţii: diminuarea fluidului aspirat datoriă unei contracţii uterine sau compresiunii unei membrane, complicaţii materne mergând până la pierderea lichidului amniotic sau chiar pierderea fătului (0,5 %). Riscul lezării fătului cu acul de aspiraţie este foarte redus astăzi când tehnica se execută sub ghidaj de ultrasunet. Se practică tot mai mult, în zilele noastre, amniocenteza precoce (în săptămâna 11-14 de gestaţie) care implică recoltarea unei cantităţi mai mici de lichid amniotic, dar are un principal avantaj: acordă mamei purtătoare a unui copil anormal oportunitatea efectuării unui avort terapeutic mai uşor şi mai sigur. 5. Analiza probei de sânge fetal recoltat per cutanat din cordonul ombilical se face sub ghidaj de ultrasunet(fig. nr.20). Puncţia se face din cordonul ombilical în vecinătatea inserţiei placentei, începând cu săptămâna 17 de gestaţie până la termen (fig. 20). 49
Genetică Medicală
.
Sunt suficienţi 0,5 – 1 ml de sânge, după care proba este imediat analizată pentru a se confirma că este de origine fetală (ar putea proveni din vasele sanguine placentare care se găsesc în apropierea locului de puncţie). Analiza cromozomilor este posibilă în 48 de ore şi de aceea proba este folosită când este nevoie urgentă de cariotipul fetal.
Fig. 20. Analiza probei de sânge fetal Aceeaşi probă poate fi folosită pentru analiza culturilor virale, bacteriene sau pentru evaluarea parametrilor hematologici. Proba are un risc de 2 % pentru pierderea sarcinii, riscul creşte la 5 % dacă fătul prezintă malformaţii (ca de exemplu o retardare severă a creşterii). Poate apărea o sângerare prin punctul de recoltare (1’-2’) sau bradicardia care nu implică riscuri majore care ar putea compromite sarcina. 6. Screeningul matern pentru diferiţi parametrii biochimici, implică dozarea unor proteine sau markeri fetali produşi de fetus în prima perioadă de gestaţie şi care sunt prezenţi în anumite nivele în sângele femeii însărcinate: α -fetoproteina (AFP) este principala proteină plasmatică care apare devreme în viaţa embrionară şi care treptat este înlocuită de albumină. Nivelul α -proteinei poate fi măsurat în sângele fetal, lichidul amniotic şi sângele mamei. Nivelul matern al α -fetoproteinei creşte în perioada de sarcină, în timp ce nivelul în lichidul amniotic scade; nivelele trebuiesc corelate cu vârsta gestaţională. Defectele de tub neural şi de perete abdominal la făt duc la pierderea serului fetal în lichidul amniotic. De aceea nivelul α fetoproteinei este ridicat în lichidul amniotic în majoritatea cazurilor în care femeia poartă un făt cu defect de tub neural. Nivelele scăzute ale AFP în sângele matern sunt asociate cu un risc crescut pentru sindromul Down la făt. Estradiolul neconjugat (nE3) în sângele matern creşte către naştere. Sarcinile cu sindrom Down fetal au un nivel mult scăzut al acestui parametru în al doilea trimestru de sarcină. Gonadotrofina corionică (hCG) originară din placentă, scade lent între săptămâna 10 –20 de sarcină. Sarcinile cu sindrom Down au nivele ridicate de hCG şi acest test biochimic crescut poate fi singurul marker pentru sindromul Down. Screeningul triplu pentru α fetoproteină, estradiol neconjugat şi gonadotrofina corionică este folosit frecvent în zilele noastre pentru cunoaşterea riscului la femeia însărcinată. Boala Sindrom Down Trisomia 18 Sindrom Turner
α FP ↓ ↓ ↓
NE3 ↓ ↓ ↓
hCG ↑ ↓ ↑
Dacă testul este pozitiv, el trebuie să indice un risc suficient de mare pentru a justifica folosirea pe mai departe a unor tehnici invazive de diagnostic prenatal. Pot exista rezultate fals pozitive şi fals negative, de aceea testul trebuie efectuat în condiţii controlate, de personal specializat şi după o prealabilă informare şi educare a pacientei. După un rezultat anormal se impune un sfat genetic, efectuarea examenului cu ultrasunete, amniocenteza şi efectuarea examenului lichidului amniotic şi al cariotipului fetal. Există două aspecte de care trebuie să se ţină seama în această evaluare: nivelele markerilor serici amintiţi mai sus pot fi modificate la mamele obeze şi cu diabet, iar programele screening evaluează riscul specific (înainte şi după testare) astfel încât permit luarea unor decizii mai corecte, mai informate, atât din partea medicului cât şi a pacientului. 50
Genetică Medicală
.
SFATUL GENETIC Deoarece diagnosticul prenatal devine din ce în ce mai complex, se impune aprofundarea şi creşterea grijii acordate femeii însărcinate. Screeningul genetic şi al factorilor de mediu a devenit o parte componentă, de rutină, a actului medical. Astfel pacienta care primeşte un diagnostic prenatal specific poate primi şi un management terapeutic optim. Pentru realizarea sfatului genetic ar fi de preferat să se cunoască înainte de concepţie anumite aspecte legate de:
♦ Vârsta parentală. Se ştie că există o vârstă optimă de procreere la femeie, între 20 – 35 ani şi că peste 35 de ani creşte semnificativ riscul apariţiei anomaliilor congenitale la feţi. Vârsta paternă peste 55 de ani este asociată cu creşterea riscului pentru mutaţii dominante şi unele defecte de dezvoltare depistabile ecografic.
♦ Rasa şi apartenenţa la un grup etnic Există boli monogenice cu un risc crescut de apariţie în anumite grupuri populaţionale: -La evreii Ashkenazi şi canadienii francezi depistarea heterozigoţilor pentru boala Tay-Sachs se face prin măsurarea hexosaminidazei A. -La negrii, screeningul pentru depistarea heterozigoţilor cu siclemie se face prin electroforeza hemoglobinei. -La mediteraneeni, indieni şi în Asia de S-E cu β -talasemie se dozează MCV (volum corpuscular mediu) şi se practică electroforeza hemoglobinei.
♦ Istoricul sarcinii permite cunoaşterea şi înregistrarea avorturilor repetate, feţilor născuţi morţi sau cu anomalii congenitale. În aceste situaţii trebuie ţinut seama de posibilele translocaţii parentale (la cupluri cu avort spontan repetat) şi trebuiesc examinate prin macro şi microscopie malformaţiile celorlalte sarcini.
♦ Antecedentele personale ale mamei pot induce un risc pentru evoluţia normală a sarcinii, prin transmiterea unei genopatii, prin inducerea unui defect fetal datorită unei malformaţii materne sau chiar prin alterarea stării de sănătate a mamei: Mamele cu diabet zaharat tip I pot induce la făt risc crescut pentru apariţia unor defecte majore la nivelul membrelor, anomalii cardiace, defecte de tub neural, etc. Mama epileptică datorită tratamentului cu anticonvulsivante poate induce la făt un risc crescut pentru malformaţii cardiace şi craniofaciale. Distrofia miotonică a mamei poate să fie transmisă şi fătului, caz în care apare polihidramniosul şi complicaţii ale naşterii. ♦ Cunoaşterea factorilor externi de risc la care femeia a fost expusă în timpul gravidităţii, a timpului şi dozei de expunere este foarte importantă, deoarece se ştie că riscul apariţiei diferitelor malformaţii la factorii externi este de 3 - 5 %. Infecţiile din perioada gravidităţii ca rubeola, infecţia cu citomegalovirus, toxoplasma gondi au un risc ridicat pentru malformaţii. Diagnosticul prenatal al acestor tulburări de dezvoltare se poate face prin ecografie. Medicamentele în funcţie de dozaj, perioada de acţiune şi efect teratogen au un risc la fel de mare sau mai mic. Din mediul înconjurător trebuie reţinute radiaţiile, solvenţii organici şi metalele grele dacă acţionează asupra femeii însărcinate. Necesitatea efectuării diagnosticului prenatal Trebuiesc foarte bine cunoscute, de către medic, indicaţiile diagnosticului prenatal, pentru ca medicul să acţioneze corect ţinând seama de particularităţile pacientei şi ale produsului de concepţie. Medicul trebuie să cunoască istoricul sarcinii, starea de sănătate a mamei şi antecedentele familiei şi să decidă oportunitatea unui act medical realizat cu scopul unui diagnostic prenatal. Indicaţiile diagnosticului prenatal Analiza Indicaţii Cariotip fetal - vârsta mamei ≥ 35 ani - nou născuţi morţi sau vii cu posibile anomalii cromozomiale - translocaţie parentală sau altă anomalie cromozomială - anomalie fetală depistată ecografic(sugestivă 51
Genetică Medicală
.
pentru o anomalie cromozomială) - sarcina cu posibil defect de tub neural - diabet zaharat matern - administrare la mamă de valproat - examen ecografic anormal, sugestiv pentru o anomalie cromozomială - hemoglobinopatie sau imunodeficienţe - diagnosticul infecţiei fetale Examen cu ultrasunet - MSAFP ↑ în săptămâna 16 – 18 de gestaţie - Pacient afectat sau istoric familial pozitiv pentru malformaţii structurale - Pacient afectat de o boală care se asociază cu un risc crescut pentru malformaţii structurale fetale - Expunere la factori externi asociaţi cu un risc crescut pentru malformaţii la fetus Investigaţiile care se fac pot să facă parte dintr-o acţiune de screening la nivelul unui grup populaţional (screeningul tripler) sau pot să intereseze un singur caz cu indicaţiile sale specifice. Decizia efectuării diagnosticului prenatal trebuie să aparţină mamei, după ce medicul face indicaţia pentru diagnosticul prenatal şi informează pacienta asupra tuturor riscurilor şi complicaţiilor posibile. Lichid amniotic sau α -fetoproteina maternă Sângele fetal
Riscul tehnicilor de diagnostic prenatal Tehnica Ultrasunet Biopsia de vilozitate corială Biopsia de vilozitate corială Amniocenteză Amniocenteză Analiza sângelui fetal Examen Doppler
Timpul optim Toată perioada sarcinii < 9 săptămâni
Risc Necunoscut
> 9 săptămâni
Posibile anomalii prin leziuni ale segmentelor de primordii Risc de avort - 1 %
13 – 14 săptămâni 15 – 17 săptămâni > 17 săptămâni
Risc de avort – 0,5 % Risc de avort – 0,5 % Risc de avort – 2 %
Toată perioada sarcinii
Necunoscut
9 Anomaliile fetale Situaţia cea mai dificilă, atât pentru pacientă cât şi pentru medic este diagnosticarea neaşteptată a unei anomalii fetale. Rapid trebuiesc făcute investigaţiile şi consilierea cuplului. Pentru realizarea unui sfat genetic corect şi competent trebuiesc cunoscute foarte bine toate informaţiile legate de perioada sarcinii. În faţa cuplului, medicul face o recapitulare a tuturor datelor cunoscute şi a posibilului diagnostic. Se cere colaborarea şi sfatul altor specialişti (chirurgi, internişti, endocrinologi). Este o activitate în echipă, care implică multă responsabilitate, tact şi corectitudine pentru luarea unei decizii (de către cuplu) optimă şi în conformitate cu voinţa părinţilor. Este bine ca nou născutul să fie examinat dacă sarcina a fost dusă la termen, sau autopsiat, în aşa fel încât informaţiile să fie completate şi să sprijine calcularea riscului de recurenţă la o altă posibilă sarcină. Consilierea genetică Abordarea consilierii genetice. Consultantul în genetică medicală foloseşte în general consilierea non – directivă, cu responsabilitatea să fie educativă pentru familie. Totuşi, şedinţa de consiliere nu este doar o expunere a faptelor (de exemplu riscuri de reapariţie), ci este punctată de experienţele şi părerile consilierului. Pentru cuplul sau familia doritoare de consiliere, informaţiile primite pot avea consecinţe pe termen lung şi vor fi deseori folosite ca parte a informaţiilor necesare stabilirii unei decizii. Indicaţiile consilierii genetice se pot schimba în timp deoarece devin abordabile noi metode de diagnoză sau se dezvoltă terapii noi. Cele mai comune indicaţii includ: - Vârsta maternă înaintată (diagnoza prenatală e oferită femeilor însărcinate la 35 de ani sau mai mult) 52
Genetică Medicală
.
- Boli ereditare cunoscute sau suspectate în familie (de exemplu: malformaţii, retardare mintală sau mai multe rude cu un tip specific de boală malignă) - Un fetus sau alt copil cu defecte la naştere, incluzând una sau mai multe malformaţii - Un copil retardat mintal - Avorturi spontane repetate - Expunerea la agenţi teratogeni cunoscuţi sau bănuiţi - Consangvinitate
Echipa de consiliere genetică. Consilierea genetică se practică cel mai eficient folosind abordarea şi informarea în echipă a familiei. Medicul specialist e de obicei pregătit într-o specialitate medicală primară (de exemplu pediatrie) cu o pregătire adiţională de genetician clinic. Rolul geneticianului clinic sau medical este să stabilească diagnosticul şi să sfătuiască pacienţii în legătură cu implicaţiile medicale. Şi în ţara noastră trebuie introdus modelul de cosiliere genetică, după care statele avansate au obţinut rezultate remarcabile. 1. Consilierul genetic poate fi pregătit formal sau poate fi experimentat în domeniul consilierii genetice. Consilierii provin dintr-o varietate de medii ca asistenţă socială, educaţie. Programele de pregătire formală implică masteratul după o perioadă de studii medii cu specializare în psihologie sau ştiinţe. Rolul consilierului este să se implice în procesul de consiliere şi să susţină familia. 2. Membrii adiţionali includ specialişti în medicină, consultaţi pentru investigaţii. Sprijinul acordat familiei poate fi dat de asistenţi sociali, persoane religioase şi diferite grupuri. Medicii de familie şi medicii primari specialişti oferă consiliere genetică într-un număr anumit de situaţii. Sfatul genetice este definit de Societatea Americană de Genetică Umană ca o acţiune al cărei scop este să ajute familia sau pacientul după cum urmează: * Înţelegerea faptelor medicale. După ce se dă cel mai precis diagnostic sunt discutate cu familia disgnosticul, prognoza şi investigaţiile necesare. * Dacă nu se poate da un diagnostic, consilierea trebuie să prezinte ceea ce se cunoaşte ca şi incertitudini legate pe prognoză sau moştenire. * Înţelegerea modului de moştenire şi riscurilor recidivei. Moştenirea trebuie clar explicată (cu ajutorul diagramelor sau a exemplelor) părinţilor sau celorlalţi membrii ai familiei. Riscurile recidivării pot implica transmiterea mendeliană, riscuri calculate sau riscuri observate la populaţie. Trebuie clarificată originea riscului dacă aparţine unui diagnostic specific (fibroză chistică) sau unui diagnostic non-specific (retardare mintală non-specifică). Cuplurile pot aprecia riscurile în moduri diferite : • Binar: se analizează două alternative şi posibilitatea ca fenomenul să apară sau nu din nou. • Compararea pierderilor şi câştigurilor: fenomenul e analizat în funcţie de aspectele pozitive sau negative ale unei posibile recidive. • Riscul numeric e exprimat fie în procente sau ca o fracţie. Procentul poate fi perceput ca fiind mai mare ca fracţia echivalentă. • Înţelegerea alternativelor: când sunt confruntate cu un risc distinct al reapariţiei, opţiunile de reproducere pentru cuplu pot include metode de contracepţie, adopţie, inseminare cu spermă donată, folosirea ovulelor donate, diagnosticarea prenatală cu sau fără avortarea fătului afectat şi o sarcină supravegheată. * Alegerea unui mod de acţiune: cuplul e încurajat să aleagă cea mai bună soluţie pentru el ţinînd cont de riscul de reapariţie, de greutăţile probabile (psihologice, sociale, economice) pe care le-ar implica un copil cu handicap, de scopurile familiei şi standardele lor etice şi religioase. * Adaptarea la condiţii: rolul consilierului este să anticipeze reacţia familiei la diagnostic iar consilierea trebuie făcută de un psiholog sau o echipă de geneticieni, în aşa încât să ajute familia să înţeleagă afectiv fenomenul.
53
