Лекция 6 для студентов 1 курса, обучающихся по специальности – Педиатрия Доцент ДЕГЕРМЕНДЖИ Н.Н Красноярск 2012 Красноярский государственный медицинский университет им. В.Ф. Войно-Ясенецкого Кафедра Биологии с экологией и курсом фармакогнозии ВВЕДЕНИЕ В ГЕНЕТИКУ ЧЕЛОВЕКА

Вопросы: 1. Особенности человека как объекта генетических исследований 2. Наследственные заболевания и методы их диагностики: а) Генные заболевания и их диагностика б) Хромосомные заболевания и их диагностика

Цель: Показать возможность использования классических законов генетики для анализа генотипа и фенотипа популяций человека с учетом его биосоциальной сущности и возможности диагностики и коррекции возникающего нездоровья.

Особенности человека как объекта генетических исследований: Эти особенности не дают возможность применять на человеке гибридологический метод исследования. - у человека не может быть искусственного скрещивания в силу его биосоциальности; - низкая плодовитость; - редкая смена поколений; - наличие в геноме большого числа групп сцепления; - высокая степень фенотипического полиморфизма.

Наследственные заболевания Это заболевания, этиологическим фактором которых являются мутации. В зависимости от типа мутации болезни делятся на генные и хромосомные. Причиной генных заболеваний являются генные мутации. Моногенные заболевания обусловлены мутацией одного гена. Они наследуются по законам Менделя. Полигенные заболевания имеют более сложное наследование и они зависят от нескольких генов.

Генные заболевания Различают следующие виды моногенных заболеваний: Аутосомно - доминантные Аутосомно - рецессивные Сцепленные с полом - доминантные Сцепленные с полом - рецессивные митохондриальные Мультифакториальные

Генные заболевания Примеры генных заболеваний: Аутосомно – доминантные заболевания Синдром Морфана Заболевания соединительной ткани с вовлечением скелетно – мышечной и сердечно – сосудистой систем, а также патологией глаз

Генные заболевания Синдром Элерса -Данло Аутосомно – доминантные заболевания Гиперрастяжимость кожи Гиперподвижность суставов

Генные заболевания Заболевания,связанные с дефектами репаративных ферментов 1- пигментная ксеродерма 2 – атаксия – расстройство координации движений 3 – синдром Блума – красная пигментация на лице

Генные заболевания Х – сцепленное рецессивное наследование Миодистрофия Дюшенна Частота 3 : Миодистрофия Беккера Частота 1 : Атрофические процессы развиваются во всех органах

Генные заболевания К генным заболеваниям может привести нарушение геномного уровня регуляции: Метилирование ДНК - это временная химическая модификация без нарушения кодирующей способности ДНК. Инактивацией гена Метилирование сопровождается : Способствуют привлечению к району промотора белков, подавляющих транскрипцию Препятствует взаимодействию ДНК с белками- репрессорами, что может привести к активности гена

Генные заболевания Мультифакториальные заболевания – это заболевания с наследственной предрасположенностью. Причиной их являются мутации, но проявление зависит от факторов внешней среды. К таким заболеваниям относятся: гипертоническая болезнь, язвенные болезни желудочно-кишечного тракта, ишемическая болезнь сердца и т.д.

Генные заболевания 1)мутации, связанные с делециями фрагментов молекулы; 2) точковые мутации. Наследование митохондриальных болезней происходит по материнской линии. В основе этих заболеваний лежит нарушение энергетического обмена в клетках. Митохондриальные заболевания – возникают в связи с мутациями в митохондриальной ДНК (мтДНК). Известны две основные группы мутаций, возникающих в мтДНК:

Методы диагностики генных заболеваний Биохимические методы позволяют выявить типы наследования заболеваний связанных с нарушением обмена веществ Примеры заболеваний, вызванных нарушением различных видов обмена: Углеводного обмена: Галактоземия, мукополисахаридозы. Обмена липидов: сфинголипидозы. Обмена аминокислот: фенилкетонурия, тирозиноз, алкаптонурия, альбинизм. Нарушения обмена относятся к генным заболеваниям.

Методы диагностики генных заболеваний Методы молекулярной биологии: 1) выделение молекул ДНК из отдельных хромосом или из митохондрий. В дальнейшем проводят её расшифровку 2)получение фрагментов с последующим их клонированием 3) создание «молекулярного зонда» - это однонитевая ДНК какого-либо гена, содержащий радиоактивную метку ( например тимин или урацил, меченный 32 Р) Такие зонды используются для идентификации как нормального, так и патологического гена.

Методы диагностики генных заболеваний Клинико-генеалогический метод – это установление генеалогических закономерностей. Состоит из нескольких этапов: 1.Установление наследственного характера признака. 2.Установление типа наследования. 3. Установление зиготности пробанда и его родственников. 4. Определение пенетрантности. 5.Выяснение прогноза для потомства.

Клинико-генеалогический метод Опирается на генеалогию – учение о родословных. Суть – составление родословной и её анализ. Метод предложен Ф. Гальтоном в 1865 году. ЭТАПЫ ГЕНЕАЛОГИЧЕСКОГО АНАЛИЗА: ЭТАПЫ ГЕНЕАЛОГИЧЕСКОГО АНАЛИЗА: Сбор данных о всех родственниках обследуемого; Сбор данных о всех родственниках обследуемого; Построение родословной; Построение родословной; Анализ родословной и выводы Анализ родословной и выводы МЕТОД ПОЗВОЛЯЕТ УСТАНОВИТЬ: МЕТОД ПОЗВОЛЯЕТ УСТАНОВИТЬ: Является ли признак наследственным Является ли признак наследственным Тип и характер наследования Тип и характер наследования Зиготность лиц родословной Зиготность лиц родословной Пенетрантность гена; Пенетрантность гена; Вероятность рождения ребёнка с данной наследственной патологией Вероятность рождения ребёнка с данной наследственной патологией

Составление родословных схем 1. Начинается с пробанда. 2. Сибсы (родные)– дети одной родительской пары. Располагаются в порядке рождения слева направо. 3. Члены родословной располагаются строго по поколениям в один ряд. 4. Поколения обозначаются римскими цифрами слева от родословной сверху вниз. 5. Арабскими цифрами нумеруется потомство одного поколения (один ряд) слева направо. Правила составления родословной Символы, используемые при составлении родословной

Клинико-генеалогический метод Метод позволяет : Определить тип наследования Пенетрантность Экспрессивность Составить прогноз потомства Анализ родословной с полной пенетрантностью

.. Клинико- генеалогический метод Анализ родословной с неполной пенетрантностью Метод сибсов

Аутосомно – доминантные заболевания

Аутосомно –рецессивные заболевания

Сцепленное с полом рецессивное заболевание

Сцепленные с полом доминантные заболевания

Анализ родословной при близкородственных браках. ? Мерой родства супругов при близкородственном браке является коэффициент инбридинга (F) F=(1/2) n -1 P P – риск рождения больного ребенка P= 1/2Fn, n=4; P=2F P – летальный эквивалент P=3/2F Общий риск: P + P + 5% (популяционный риск ) n - число ступеней передачи

Близнецовый метод Позволяет выявить мультифакториальные заболевания т.е. болезни с наследственной предрасположенностью. Близнецовый метод – дает возможность установить роль генотипа и факторов среды в возникновении заболевания H - коэффициент наследственности С - конкордантность Если H 0,7, то признак наследуется H = С МБ - С ДБ С ДБ Формула Кольцингера

Хромосомные заболевания Группа наследственных болезней, причиной которых являются хромосомные и геномные мутации В случае полиплоидии возникают значительные нарушения развития эмбриона, что обычно сопровождается спонтанным выкидышем на ранних стадиях эмбриогенеза. Чаще встречаются хромосомные заболевания, связанные с анеуплоидией. Эти мутации связаны с неправильным расхождением гомологичных хромосом во время мейоза.

Хромосомные заболевания Примеры хромосомных заболеваний, обусловленных нарушением числа аутосом: Синдром Дауна Частота 1:650 Ж,М,Трисомия 21, 47(+21)Снижение жизнеспособности

Хромосомные заболевания Гаметы носителя робертсоновской транслокации Транслокационный синдром Дауна

Хромосомные заболевания Синдром Эдвардса 1:7000 Ж>М 4:1 Трисомия (+18) Продолжительность жизни 2-3 месяца Синдром Патау 1:6000Ж:М 1:1 Трисомия 13 47( +13 ) 95% умирает в первый год

Хромосомные заболевания Трисомия - 8 Отклонения в строении лица, пороки опорно- двигательной системы, мочевой системы и т. д. 47, Ху ( +8 )

Хромосомные заболевания Синдром умственной отсталости с ломкой Х - хромосомой Синдром Мартина-Белла Наиболее часто встречающаяся форма умственной отсталости. Популяционная частота 1 : 2000 – 1 : 5000 Больных мальчиков в 2-3 раза больше, чем девочек. Мальчики болеют тяжелее.

Хромосомные заболевания 46, Ху (5р- ) Синдром «кошачьего крика»

Методы диагностики хромосомных заболеваний Цитогенетический метод Позволяет проанализировать хромосомный набор человека. Установить структурные особенности отдельных хромосом. Выявить нарушения числа и строения хромосом. Метод основан на микроскопическом исследовании хромосом с использованием различных способов окрашивания.

Цитогенетический метод Для определения различных геномных и хромосомных нарушений используются различные способы их окраски. Самым простым способом окраски является рутинная окраска, которая даёт возможность выявить нарушения числа хромосом. В

Цитогенетический метод Методика приготовления цитогенетических препаратов путём культивирования лейкоцитов

Цитогенетический метод Изучение дифференциальной конденсации хромосом методами дифференциальной окраски позволили описать хромосомы человека и создать карты хромосом человека Каждое плечо окрашенной хромосомы подразделяется на районы. Внутри района выделяют сегменты с разной интенсивность окраски. Например запись 1p36 означает, шестой сегмент третьего района короткого плеча первой хромосомы.

Цитогенетический метод Экспресс-диагностика определения полового хроматина: Х-хроматин и У- хроматин. Х-хроматин представляет собой инактивированную одну из двух Х- хромосом. В норме у мужчин, одна Х-хромосома всегда является активной. У женщин одна из двух Х-хромосом находится в неактивном состоянии в виде Х- полового хроматина (тельца Барра). Определить количество х-хромосом можно путём суммирования количества Телец Барра + 1.

Хромосомное определение пола ХХУ синдром Клайнфельтера стерилен 1/700 мужчин ХО синдром Тернера стерильна 1/2700 женщин ХХмужчина ХХ стерилен 1/20000 рождений ХУсиндром Морриса стерильна 1/ рождений ХХХтрисомия Х фертильна 1/500 женщин Основные аномалии детерминации пола у человека, связанные с половыми хромосомами

Наследование синдрома Тернера- Шерешевского(ХО) Больные с синдромом Тернера-Шерешевского получают единственную хромосому либо от отца, либо от матери. Выяснилось, что в Х хромосоме человека расположен ген, подвергающийся родительскому импринтингу и определяющий особенности поведения и уровень интеллекта. Если импринтированная хромосома получена от отца, то заболевание протекает в легкой форме, а если от матери - в тяжелой

Наследование синдрома Тернера- Шерешевского Кариограмма больного с синдромом Тернера Шерешевского Ядра буккального эпителия человека

Наследование синдрома Тернера- Шерешевского

Пренатальная диагностика прямые методы 1.Амниоцентез – анализ кариотипа плода и биохимический анализ амниотической жидкости (α- фетопротеин). 2.Биопсия плаценты, хориона. 3.Кордоцентез - кровь из пуповины.

Пренатальная диагностика непрямые методы Исследование маркерных эмбриональных белков в сыворотке крови матери: -альфа-фетопротеин -хориальный гонадотропин -свободный эстрадиол

Популяционно- статистический метод Для изучения популяций используется популяционно – статистический метод, в основе которого лежит закон Харди-Вайнберга Суть закона: «В достаточно больших популяциях не подверженных действию отбора, относительные доли генотипов остаются постоянными из поколения в поколение при условии панмиксии" p + q = 1 ( p + q) 2 =1 P –частота доминантных аллелей А q - частота рецессивных аллелей а P 2 АА + 2pqАа + q 2 аа = 1

Закон Харди - Вайнберга Условия действия закона Неограниченно большая популяция Свободное скрещивание Отсутствие мутаций и других факторов динамики (изоляция, дрейф генов, популяционные волны).

Метод дерматоглифики Изучение папиллярных линий и кожных узоров на пальцах (дактилоскопия), ладонях (пальмоскопия) и стопах ног ( плантоскопия) Гипотеза о трёхаллельном определении типа узора на пальцах (Гусева И.С.) НАСЛЕДУЕМОСТЬ Петлевых узоров -95,2% Завитковых – 84,1% Дуг – 38,9% ЛОКАЛИЗАЦИЯ ГЕНОВ Завиток – в группе хромосом D Дуга – E Петля - G

Дерматоглифические отпечатки

Спасибо за внимание! Перечислите методы медицинской генетики

Рекомендованная литература - Обязательная 1.Биология: учебник: в 2 кн/ ред. В.Н. Ярыгина.- М.: Высш.шк., Дополнительная 1. Клиническая генетика: учебник /Бочков Н.П.- М.: ГЭОТАР-Медиа, Общая и молекулярная генетика: учебное пособие. Жимулев И.Ф.- Новосибирск: Сибуниверизд., Электронные ресурсы ИБС КрасГМУ БД МеdArt БД Ebsco