Pobierz Genetyka i diagnostyka prenatalna i więcej Notatki w PDF z Genetyka tylko na Docsity!
Genetyka i diagnostyka prenatalna
Mary E. Norton
Wstęp
Genetyka i wady wrodzone Zaburzenia rozwojowe: przyczyny, mechanizmy i modele
Zaburzenia chromosomowe
Nieprawidłowa liczba chromosomów Trisomia 21 Trisomia 18 Trisomia 13 Aneuploidia chromosomów płciowych Zespół Turnera Zespół Klinefeltera 47,XXX i 47,XYY Poliploidia Nieprawidłowa budowa chromosomów Inne typy zaburzeń chromosomowych
Schorzenia monogenowe
Dziedziczenie autosomalne dominujące Penetracja i ekspresja Dziedziczenie autosomalne recesywne Dziedziczenie sprzężone z chromosomem X Imprinting oraz inne nowe mechanizmy genetyczne Wrodzone defekty strukturalne i dziedziczenie złożone Zespoły związane z nieprawidłowym funkcjonowaniem określonych genów rozwojowych
Teratologia
Znane czynniki teratogenne Zakażenia matki Leki Czynniki fizyczne Promieniowanie Skrajne temperatury Czynniki matczyne Czynniki mechaniczne
Skrining genetyczny w ciąży
Skrining nosicieli (heterozygot) Techniki stosowane do testowania nosicieli Choroba Taya-Sachsa Mukowiscydoza Mukowiscydoza i hiperechogeniczne jelito u płodu
Prenatalny skrining populacyjny wad wrodzonych Alfa-fetoproteina Prenatalny skrining w kierunku otwartej cewy nerwowej Dalsze badania w przypadku podwyższonych wartości MSAFP Inne nieprawidłowości i podwyższona AFP Podwyższone stężenie AFAFP Markery biochemiczne i płodowe zaburzenia chromosomowe Programy skriningu w kierunku aneuploidii u płodu Wykrywanie trisomii 18 Prenatalny skrining w przypadku ciąży wielopłodowej Kontrowersje w przypadku skriningu związanego z wiekiem matki Powikłania w trzecim trymestrze ciąży u pacjentek z nieprawidłowym wynikiem skriningu biochemicznego Niskie stężenie estriolu Poradnictwo genetyczne i prenatalne testy diagnostyczne Poradnictwo genetyczne Diagnostyka prenatalna Poradnictwo genetyczne przed prenatalnymi procedurami diagnostycznymi Techniki diagnostyki prenatalnej Amniopunkcja Biopsja kosmówki Ciąża mnoga Wskaźniki strat ciąż po procedurach diagnostycznych w ciążach mnogich Selektywna terminacja ciąż wielopłodowych Pobieranie krwi płodowej i biopsja innych tkanek płodu Testy prenatalne w kierunku malformacji wrodzonych Techniki analizy genetycznej Identyfikacja chromosomów Fluorescencyjna hybrydyzacja in situ (FISH) Molekularne techniki analizy DNA Przyszłość analizy genetycznej Ilościowy fluorescencyjny PCR (QF-PCR) i porównawcza hybrydyzacja genomowa Rozpuszczalne płodowe DNA
WSTĘP
C
horoby uwarunkowane genetycznie są powszechnie uznawane za występujące na tyle rzadko, że w codzien- nej praktyce lekarskiej mamy niewielkie szanse zetknięcia się z nimi. Okazuje się jednak, że dzięki postępowi, jaki dokonał się w dziedzinie diagnostyki prenatalnej, nie jest to do końca prawdą. Również postęp w różnych działach genetyki wiąże się ze zwiększeniem dostępności diagnostyki prenatalnej w przypadku coraz większej liczby zaburzeń. W dodatku w ciągu dość krótkiego czasu nastąpił znaczny rozwój po- pulacyjnych testów skriningowych, które umożliwiają iden- tyfikację par, będących nosicielami zaburzeń genetycznych. Postęp w skriningu i w diagnostyce prenatalnej oznacza również, że coraz więcej zagrożonych par będzie mogło doczekać się zdrowego potomstwa. Ponadto w dobie prze- strzegania praw reprodukcyjnych dzięki skriningowi nosi- cieli i diagnostyce prenatalnej możliwe jest przygotowanie rodziny i zaplecza medycznego do porodu płodu ze znanym zaburzeniem genetycznym. Ultrasonografia odgrywa kluczową rolę w skriningu i w diagnostyce prenatalnej. Umożliwia nie tylko wykonanie diagnostycznych procedur prenatalnych, lecz także tworze- nie prenatalnych programów diagnostycznych opartych na badaniach genetycznych, które okazują się znacznie lepszym narzędziem diagnostycznym w porównaniu z wykonaniem wyłącznie badania ultrasonograficznego [1]. W tym roz- dziale poruszono problemy współczesnej genetyki, opisano postęp, jaki dokonał się w diagnostyce prenatalnej, a także aktualne strategie wykorzystywane w testach genetycznych, jak również podjęto próbę oceny wpływu połączenia skri- ningu genetycznego z ultrasonografią na dokładność i traf- ność diagnostyki prenatalnej.
Genetyka i wady wrodzone
Zgodnie z wynikami większości badań wady wrodzone występują u około 2–3% żywo urodzonych noworodków [2]. Liczba ta podwaja się, jeśli weźmie się pod uwagę dzieci, u których wady wrodzone rozpoznaje się w pierwszych latach życia. Gdy w Stanach Zjednoczonych nastąpił spadek śmier- telności noworodków związanej z zakażeniami i niedożywie- niem, okazało się, że główną przyczyną śmiertelności nowo- rodków są wady wrodzone (20%), które stanowią również około 30% przyczyn hospitalizacji na oddziałach intensywnej opieki medycznej [3]. Wady wrodzone obejmują różnorodną grupę chorób: od niedoborów enzymatycznych spowodo- wanych defektem pojedynczego genu po złożone zaburzenia strukturalne. Pomiędzy wyłącznie biochemicznymi zaburze- niami a wrodzonymi wadami strukturalnymi istnieje wiele zaburzeń budowy, funkcji, metabolizmu czy zachowań. Powstanie wad wrodzonych wynika z interakcji między materiałem genetycznym zarodka a środowiskiem, w któ- rym zarodek się rozwija. Podstawowe informacje rozwojowe zakodowane są w genach, ale genotyp podlega wpływom środowiska, co powoduje powstanie odpowiedniego fenoty- pu. W niektórych przypadkach informacja genetyczna ulega ekspresji niezależnie od środowiska, w innych zaś czynniki zewnętrzne mają wpływ na nieprawidłowy rozwój zarodka
z prawidłowym genotypem. Mimo że niektóre procesy są pierwotnie związane z czynnikami środowiskowymi, a in- ne mają pierwotne podłoże genetyczne, odróżnienie tych dwóch grup nie zawsze jest możliwe. Mimo znacznego postępu, jaki dokonał się w ostatnich kilku dekadach, nie udało się nadal znaleźć przyczyny ponad połowy stwierdzanych wad wrodzonych u ludzi. Choroby uwarunkowane autosomalnie stanowią w przy- bliżeniu 15–20%, a schorzenia o podłożu cytogenetycznym 20% przypadków wad o znanej etiologii. Uważa się, że mniej niż 1% istniejących anomalii jest powiązanych z teratogen- nym wpływem leków. Część z pozostałych wad jest związana z wpływem innych czynników zewnętrznych podczas ciąży, takich jak zakażenia (3%), choroba matki (4%), czynniki mechaniczne (1–2%), napromienianie czy inne nieznane przyczyny zewnętrzne. Pozostała część wad ma nieznaną albo złożoną etiologię (wieloczynnikową, poligenową, zwią- zaną z rozwojowymi mutacjami spontanicznymi czy z syner- gistyczną interakcją teratogenów) (ryc. 2-1) [3,4].
Zaburzenia rozwojowe: przyczyny,
mechanizmy i modele
Błędy morfogenezy są często klasyfikowane na podstawie ich patogenezy (ryc. 2-2). Malformacje (malformation) są defek- tami strukturalnymi narządów, spowodowanymi specyficzną pierwotną wadą rozwojową, taką jak wrodzone wady serca lub defekty cewy nerwowej (NTD – neural tube defect). Zespół malformacji to pojawienie się w tym samym czasie różnych defektów, na przykład wrodzonej wady cewy nerwowej oraz rozszczepu podniebienia, które związane są z trisomią 13. Sekwencje malformacji pojawiają się wówczas, gdy pierwotna malformacja powoduje powstanie dodatkowych wad, takich jak zniekształcenie stóp czy wodogłowie wtórne do rozsz- czepu kręgosłupa. Deformacje (deformation) są nieprawidło- wościami formy, kształtu lub położenia, spowodowanymi czynnikami fizycznymi występującymi m.in. w przypadku ograniczenia przestrzeni podczas wewnątrzmacicznego roz-
Nieznane 50%
Chromosomowe 10%
Środowiskowe 7%
Monogenowe 8%
Wieloczynnikowe 25%
Rycina 2-1. rozpowszechnienie chorób genetycznych w populacji. (Zgoda na publikację: Carlson BM: Human Embryology and Developmental Biology, wyd. 3, Philadelphia, Mosby, Elselvier 2004).
dysrupcje – disruption) są wadami morfologicznymi, któ- re wynikają z uszkodzenia pierwotnie prawidłowej tkanki. Przerwania mogą mieć związek z działaniem sił zewnętrz- nych, z wewnętrznymi wpływami na proces rozwojowy lub z nieprawidłowościami naczyniowymi. Przykładami przerwań są amputacje, związane z istnieniem taśm owodniowych, czy wytrzewienie (gastroschisis) i porencefalia (obie jednostki są związane z nieprawidłowościami naczyniowymi). Sekwencja (sequence) to występowanie licznych nieprawi- dłowości związanych z pierwotną pojedynczą anomalią lub działaniem czynnika mechanicznego; mogą to być zarówno malformacje, deformacje, jak i przerwania. Przykładem jest sekwencja Potter, w której małowodzie, mogące wynikać z różnych przyczyn, prowadzi do występowania podobnych objawów klinicznych, związanych z wewnątrzmacicznym uciskiem płodu: charakterystycznego wyglądu twarzy czy nieprawidłowego ułożenia rąk i stóp podczas wygięcia. Zespół (syndrome) to występowanie licznych nieprawidło- wości o znanej specyficznej przyczynie. Przykładem jest zespół Downa (DS – Down syndrome), który spowodowany jest dodatkową kopią chromosomu 21. Natomiast pojęcia skojarzenia (association) używa się do określenia dwóch lub więcej cech, których etiologia nie jest jeszcze pozna- na, ale uważa się, że muszą mieć one wspólną przyczynę, a nie, że ich wspólne pojawienie się jest wynikiem przy- padku. Dobrym tego przykładem jest skojarzenie VATER (anomalie: Vertebral – wady kręgów, Anal – atrezja odby- tu, Tracheo-esophageal – przetoka tchawiczo-przełykowa oraz Renal – wady nerek). Pojęcie to nie jest związane ze specyficzną diagnozą, ale zidentyfikowanie jednej z części składowych asocjacji wyznacza kierunek dalszej diagnostyki (poszukiwanie pozostałych specyficznych defektów).
ZaBURZEnia cHROMOSOMOWE
Aberracje chromosomowe pojawiają się u 0,9% noworod- ków (tab. 2-1). Ponadto szacuje się, że przynajmniej 10–15% poczęć związanych jest z nieprawidłowościami chromo- somowymi. Nieprawidłowości te są wiodącą przyczyną poronień i co najmniej 95% takich nieprawidłowych poczęć ulega stracie. Nieprawidłowości spotykane w poronieniach różnią się od występujących u żywych noworodków. Wiąże się to z tym, że najcięższe zaburzenia chromosomowe zwią- zane są z wczesnym zaburzeniem rozwoju, podczas gdy lżej- sze nieprawidłowości powodują powstanie łagodniejszych fenotypów, które umożliwiają przeżycie dotkniętych nimi płodów do późniejszego okresu ciąży, a nawet po urodzeniu. Najczęściej spotykanymi nieprawidłowościami w przypadku spontanicznych poronień w pierwszym trymestrze są: 45,X oraz 47,+16 (trisomia 16). Trisomii 16 nigdy nie spotyka się u żywych noworodków, podczas gdy z około 1% ciąż z mo- nosomią 45,X rodzą się żywe noworodki. Aberracje chromosomowe dzieli się na liczbowe i struk- turalne. Mogą one dotyczyć pojedynczych autosomów lub kilku autosomów, chromosomów płci lub nawet obu typów chromosomów jednocześnie. Aneuploidia związana jest z nie- prawidłową liczbą chromosomów i prawie zawsze z niepra- widłowym rozwojem fizycznym względnie poznawczym. Translokacje, czyli zaburzenia polegające na wymianie od-
Tabela 2-1 Zaburzenia chromosomowe u noworodków
Zaburzenie Częstość (na 1000 urodzeń) Wszystkie 9, Trisomie autosomalne 1, Autosomalne translokacje zrów- noważone
5,
Niezrównoważone zaburzenia autosomalne
0,
Nieprawidłowości chromoso- mów płciowych U fenotypowych mężczyzn 1, U fenotypowych kobiet 0, Za: Jacobs PA, Browne C, Gregson N. et al.: Estimates of the frequency of chromosome abnormalities detectable in unselected newborns using moderate levels of banding. J Med Genet 29:103, 1992.
Tabela 2-2 Ryzyko zaburzeń chromosomowych u żywych niemowląt
Wiek matki (lata) Ryzyko zespołu Downa Całkowite ryzyko zabu- rzeń chromosomowych* 20 1/1,667 1/ 21 1/1,667 1/ 22 1/1,429 1/ 23 1/1,429 1/ 24 1/1,250 1/ 25 1/1,250 1/ 26 1/1,176 1/ 27 1/1,111 1/ 28 1/1,053 1/ 29 1/1,000 1/ 30 1/952 1/ 31 1/909 1/ 32 1/769 1/ 33 1/625 1/ 34 1/500 1/ 35 1/385 1/ 36 1/294 1/ 37 1/227 1/ 38 1/175 1/ 39 1/137 1/ 40 1/106 1/ 41 1/82 1/ 42 1/64 1/ 43 1/50 1/ 44 1/38 1/ 45 1/30 1/ 46 1/23 1/ 47 1/18 1/ 48 1/14 1/ 49 1/11 1/
- Z wyjątkiem 47XXX dla kobiet w wieku od 20 do 32 lat (brak danych). Zmodyfikowane na podstawie poniższych źródeł: Hook EB, Cross PK, Schreinemachers DM: Chromosomal abnormality rates at amniocentesis and in live-born infants. JAMA 249:2034, 1983 (ages 33–49); Hook EB: Rates of chromosomal abnormalities at different maternal ages. Obstet Gynecol 58:282,1981.
cinków między niehomologicznymi chromosomami, są dość często spotykane i mogą być zrównoważone w przypadku, gdy istnieje odpowiednia ilość materiału chromosomowego, lecz jest inaczej ułożona, albo niezrównoważone w przypad- ku, kiedy jakaś część materiału chromosomowego występuje dodatkowo lub jest utracona. Poliploidia, czyli występowanie jednego lub większej liczby dodatkowych kompletnych zesta- wów chromosomów, pojawia się zwykle rzadziej.
nieprawidłowa liczba chromosomów
Aneuploidia jest najczęściej spotykanym u ludzi zaburze- niem chromosomowym o znaczeniu klinicznym i pojawia się w 3–4% rozpoznanych ciąż. Ryzyko trisomii wzrasta wraz z wiekiem matki (tab. 2-2 i 2-3). Zwykle spotyka się specyficz- ny fenotyp zarówno w przypadku trisomii – czyli obecności trzech kopii danego chromosomu, jak i w przypadku monoso- mii – czyli obecności pojedynczej kopii danego chromosomu. Monosomia występuje rzadziej niż trisomia, co ma związek z większym wpływem monosomii na przeżywalność do- tkniętych nią płodów. Teoretycznie może pojawić się trisomia i monosomia każdego chromosomu, ale w praktyce niektóre z tych zaburzeń są częściej spotykane niż inne (tab. 2-4). Jest to związane z tym, że większość aneuploidii ma wpływ na przeżywalność, a zarodki z aneuploidią zwykle ulegają samo- istnemu poronieniu we wczesnej ciąży. Niektóre nieprawidło- wości chromosomowe, np. trisomia 8, są spotykane podczas urodzenia tylko w przypadku występowania mozaicyzmu; pełna trisomia jest najprawdopodobniej letalna.
Trisomia 21
Najczęściej spotykaną aneuploidią u żywo urodzonych dzieci jest trisomia 21, która pojawia się w przybliżeniu u 1/
żywo urodzonych noworodków. Trisomia 21 jest przyczyną 91% przypadków zespołu Downa (pozostała część przypad- ków związana jest z translokacją dotyczącą chromosomu 21). Osoby z zespołem Downa mają charakterystyczny fenotyp, obejmujący specyficzny wygląd twarzy, niski wzrost, brachy- cefalię (krótkogłowie), płaską potylicę, krótką szyję z fałdem skórnym w okolicy karku, krótkie szerokie dłonie oraz hipo- tonię. Innymi znaczącymi problemami u osób z zespołem Downa są: upośledzenie umysłowe, nawracające infekcje dróg oddechowych oraz białaczka. Wrodzone wady serca wystę- pują u około 30% osób, również często spotykana jest atrezja dwunastnicy czy przetoka tchawiczo-przełykowa. Ryzyko nawrotu trisomii 21 (lub innej trisomii auto- somalnej) wynosi około 1% po urodzeniu jednego dziec- ka z taką wadą u danej pary. Nadal uważa się, że nie ma wskazań do badania genetycznego rodziców w przypadku urodzenia dziecka z trisomią 21 (lub inną znaną trisomią), mimo częstych próśb o przeprowadzenie takiej diagnosty-
Tabela 2-3 Częstość występowania trisomii 21 w zależności od wieku matki i czasu trwania ciąży
Czas trwania ciąży (tygodnie) Wiek matki (lata) 10 12 14 16 20 40 20 1/983 1/1,068 1/1,140 1/1,200 1/1,295 1/1, 25 1/870 1/946 1/1,009 1/1,062 1/1,147 1/1, 30 1/576 1/626 1/668 1/703 1/759 1/ 31 1/500 1/543 1/580 1/610 1/658 1/ 32 1/424 1/461 1/492 1/518 1/559 1/ 33 1/352 1/383 1/409 1/430 1/464 1/ 34 1/287 1/312 1/333 1/350 1/378 1/ 35 1/229 1/249 1/266 1/280 1/302 1/ 36 1/180 1/196 1/209 1/220 1/238 1/ 37 1/140 1/152 1/163 1/171 1/185 1/ 38 1/108 1/117 1/125 1/131 1/142 1/ 39 1/82 1/89 1/95 1/100 1/108 1/ 40 1/62 1/68 1/72 1/76 1/82 1/ 41 1/47 1/51 1/54 1/57 1/62 1/ 42 1/35 1/38 1/41 1/43 1/46 1/ 43 1/26 1/29 1/30 1/32 1/35 1/ 44 1/20 1/21 1/23 1/24 1/26 1/ 45 1/15 1/16 1/17 1/18 1/19 1/
Za: Snijders RJM, Sundberg K, Holzgreve Hency WG, Nicolaides KH: Maternal age- and gestation-specific risk of trisomy 21. Ultrasound Obstet Gynecol 13:167,
Tabela 2-4 Częstość populacyjna znanych zaburzeń chro- mosomowych Zaburzenie Na 1000 żywych urodzeń* Trisomia 21 1, Trisomia 18 0, Trisomia 13 0, 47XXY (zespół Klinefeltera) 1, 45X (zespół Turnera) 0, Zespół XYY 1, Zespół XXX 0, Za: Harper PS: Practical Genetic Counseling, wyd.6, London. Arnold Publishers, 2004, s.66.
- Urodzenia noworodków o odpowiedniej płci tylko w przypadku zaburzeń dotyczących chromosomów płciowych.
nego hipogonadyzmu. Mężczyźni z zespołem Klinefeltera są zwykle wysocy, z długimi kończynami górnymi i dolnymi. Posiadają małe jądra i są zwykle bezpłodni, co związane jest z atrofią kanalików nasiennych. W 30% przypadków pojawia się ginekomastia. Występuje podwyższone ryzyko problemów z uczeniem się, a IQ jest zwykle o 10 do 15 punktów niższe w porównaniu ze stwierdzanym u ich zdro- wego rodzeństwa. Jednak należy podkreślić, że u mężczyzn z zespołem Klinefeltera zazwyczaj nie występuje upośle- dzenie umysłowe. Ponieważ objawy kliniczne u niektórych pacjentów mogą być bardzo dyskretne, dlatego mogą oni po raz pierwszy zostać zdiagnozowani dopiero w klinikach zajmujących się leczeniem niepłodności
47,XXX i 47,XYY
Kariotyp 47,XXX pojawia się u około 1/1000 kobiet. Z zespołem tym nie są związane żadne jawne niepra- widłowości fizyczne. Jednak u kobiet nim dotkniętych mogą wystąpić problemy z nauką lub nawet niewielkie upośledzenie umysłowe. Mężczyźni z kariotypem 47,XYY są zwykle wysocy, z niewielkimi trudnościami w uczeniu się i IQ o 10 do 15 punktów niższym w porównaniu z ró- wieśnikami. Zespoły te nie są związane z wrodzonymi wadami strukturalnymi. Jednak chłopcy nimi dotknięci mogą mieć problemy behawioralne. Opisano również osoby ze zwiększoną liczbą chromosomów X (czyli z ka- riotypem 48,XXXX lub 48,XXXY). Zwykle stwierdza się większy stopień upośledzenia umysłowego i bardziej zaznaczone zaburzenia fizyczne u osób z dodatkowymi chromosomami X.
Poliploidia
W poliploidii (czyli triploidii lub tetraploidii) stwierdza się jeden lub kilka dodatkowych zestawów chromosomów. Komórka z triploidią zawiera 69 chromosomów (czyli je- den dodatkowy zestaw), natomiast komórka z tetraploidią 92 chromosomy (czyli dodatkowe dwa zestawy). Zarówno triploidię, jak i tetraploidię spotyka się u płodów, jednak – ponieważ są to wady letalne – rzadko spotyka się je u żywo urodzonych dzieci. U płodów z triploidią, które urodziły się żywe, nie stwierdzono ani jednego przypadku przeżycia dłuższego niż do 10,5 miesiąca życia. Wady wrodzone spoty- kane w triploidii to zwykle: hipoplazja żuchwy, wydatne czo- ło, dysplastyczne kości czaszki, nisko osadzone małe uszy, małoocze, hiperteloryzm, rozszczep wargi i podniebienia,
makroglosia (duży język), przepuklina pępkowa, syndaktylia i asymetryczny rozwój. Dodatkowy zestaw chromosomów w ciążach z triploidią może być pochodzenia zarówno matczynego, jak i ojcow- skiego. Triploidia pochodzenia matczynego ma związek z zapłodnieniem triploidalnej komórki jajowej przez haplo- idalny plemnik, co powoduje powstanie kariotypów XXX lub XXY. Triploidia pochodzenia ojcowskiego spowodowana jest zapłodnieniem haploidalnej komórki jajowej albo przez diploidalny plemnik, albo przez dwa plemniki haploidalne, co powoduje powstanie kariotypów XXX, XXY albo XYY. Stwierdzono, że fenotypy ciąż triploidalnych zależą od tego, od którego z rodziców pochodzi dodatkowy zestaw chromosomów. Triploidia z dodatkowym zestawem chro- mosomów pochodzenia ojcowskiego występuje u prawidło- wo wykształconych płodów z nieprawidłowym łożyskiem i często powoduje powstanie częściowego zaśniadu gronia- stego. W przypadku występowania dodatkowego zestawu chromosomów pochodzenia matczynego płody są małe, występuje ograniczenie wzrostu, również łożysko jest nie- wielkich rozmiarów [5-7].
nieprawidłowa budowa chromosomów
Spotyka się wiele typów zaburzeń struktury chromosomów, ale zwykle wynikają one z pęknięcia chromosomu i powsta- nia rekombinacji o nieprawidłowej konfiguracji. Szacuje się, że nieprawidłowości strukturalne chromosomów wy-
Tabela 2-6 Niektóre charakterystyczne zespoły cytogenetyczne
Kariotyp Zespół Cechy 4p- Wolfa-Hirschorna Charakterystyczna twarz, małogłowie, spodziectwo 5p- Cri-du-chat Hiperteloryzm, charakterystyczny płacz Trisomia 8 – mozaicyzm Dysmorfia twarzy i czaszki, agenezja ciała modzelowatego Tetrasomia 12p Pallistera-Killiana Charakterystyczna twarz, przepuklina przeponowa 18p- 18q- Anomalie genitalne 22q+ Kocie oczy Szczelina tęczówki, atrezja odbytu
Zgoda na publikację: Harper PS: Practical Genetic Counseling, wyd. 6, London, Arnold Publishers, 2004, s. 74.
Tabela 2-7 (^) Częste zespoły mikrodelecji
Zespół Lokalizacja Częstość Pradera-Williego 15q 1/25 000 Angelmana 15q 1/30 000 VCF 22q 1/ Smitha-Magenisa 17q 1/25 000 Williamsa 7q 1/10 000 Alagille’a 20p 1/70 000 Rubensteina-Taybiego 16p 1/100 000 WAGR 11p 1/40 000 Millera-Diekera 17p 1/85 000 Wolfa-Hirschhorna 4p 1/50 000 Cri-du-chat 5p 1/35 000 Retinoblastoma 13q 1/23 000
stępują u około 1/375 noworodków. Translokacje wzajemne dotyczą wymiany segmentów między niehomologicznymi chromosomami. Takie rearanżacje spotyka się dość często. Mogą one być zrównoważone, co wiąże się z brakiem wy- stępowania nieprawidłowości, albo niezrównoważone, kiedy stwierdza się dodatkową ilość lub brak części materiału chromosomowego, co powoduje powstanie jakiegoś zabu- rzenia. Zwiększone ryzyko niezrównoważonych rearanżacji występuje u potomstwa osób, które są nosicielami translo- kacji zrównoważonych, co ma związek ze zmniejszeniem płodności, jak również zwiększonym ryzykiem występowa- nia wad wrodzonych u potomstwa. Translokacja robertsonowska pojawia się wówczas, gdy dochodzi do fuzji ramion długich chromosomów akrocen- trycznych (chromosomy 13, 14, 15, 21, 22), a odpowied- nie krótkie ramiona tych chromosomów zostają utracone. W związku z faktem, że krótkie ramiona tych chromosomów nie zawierają istotnego materiału genetycznego (zbudowane są z wielu kopii genów dla rybosomalnego RNA), nie powo- duje to powstania nieprawidłowego fenotypu. Potomstwo osób dotkniętych translokacją robertsonowską może odzie- dziczyć jednak brakujące lub wybitnie długie ramiona chro- mosomów, co powoduje powstanie trisomii danego ramienia chromosomu. Najczęstsza translokacja robertsonowska do- tyczy chromosomów 14 i 21 i jest odpowiedzialna za około 5% przypadków zespołu Downa. Ryzyko nawrotu transloka- cji w zespole Downa zależy od tego, czy translokacja została odziedziczona po rodzicu, który był jej nosicielem. Jednak w 75% przypadków translokacja występuje de novo i dlatego ryzyko nawrotu jest bardzo niskie (<1%). Jeżeli natomiast translokacja została odziedziczona od rodzica, będącego no- sicielem zrównoważonej translokacji 14;21, ryzyko nawrotu wynosi odpowiednio: 10% – jeżeli nosicielem jest matka, albo około 2% – jeżeli nosicielem jest ojciec. W przypadku rozpoznania translokacji zrównoważonej lub innego zaburzenia z tej grupy u płodu w trakcie diagno- styki prenatalnej zaleca się przeprowadzenie dodatkowo dia- gnostyki genetycznej u rodziców. Jeżeli translokacja odzie- dziczona jest od fenotypowo prawidłowego rodzica, płód powinien być również prawidłowy. W przypadku translo- kacji wzajemnej powstającej de novo ryzyko wystąpienia nieprawidłowości fenotypowych zwiększa się dwukrotnie. Wydaje się, że ma to związek z subtelną, trudną do wykrycia niestabilnością chromosomów lub z nieprawidłowościami genowymi w miejscach złamań chromosomów.
inne typy zaburzeń chromosomowych
Obok translokacji spotyka się kilka innych typów niezrów- noważonych zaburzeń chromosomowych. Obejmują one delecje, które związane są z utratą odcinka chromosomu, co powoduje powstanie częściowej monosomii (tab. 2-6). Niektóre delecje są tak małe, że trudno je zauważyć pod- czas rutynowego badania kariotypu. Wymagają one użycia specyficznych technik, takich jak fluororescencyjna hybry- dyzacja in situ (FISH). Takie delecje mogą dotyczyć wielu genów i są odpowiedzialne za powstanie licznych klinicznie rozróżnialnych zespołów mikrodelecji (często określanych jako zespoły delecji genów sąsiadujących) (tab. 2-7). Jednym
z częściej spotykanych jest zespół mikrodelecji 22q, który pojawia się u około 1/4000 żywo urodzonych noworodków. Mikrodelecja 22q jest dość często spotykaną przyczyną występowania wrodzonych wad serca, dotyczących głównie nieprawidłowości podziału stożka i pnia naczyniowego, ta- kich jak przetrwały przewód tętniczy czy tetralogia Fallota. Ostatnio stwierdzono, że niektóre subtelne delecje są od- powiedzialne za niektóre niewyjaśnione przypadki upośle- dzenia umysłowego (około 5%). Ma to istotne implikacje kliniczne, ponieważ wysoki odsetek takich delecji jest dzie- dziczny [8,9]. Występują również duplikacje odpowiednich odcinków chromosomów, co powoduje powstanie częścio- wej trisomii. Chromosomy markerowe są małymi dodat- kowymi chromosomami, które często pozostają nierozpo- znane. Są one często określane jako chromosomy nadlicz- bowe lub ESAC (extra structurally abnormal chromosomes), czyli dodatkowe nieprawidłowe strukturalnie chromosomy. Niektóre chromosomy markerowe mogą składać się wyłącz- nie z centromerycznej heterochromatyny i wówczas nie mają znaczenia klinicznego, inne mogą zawierać materiał pocho- dzący z ramion chromosomowych i mogą powodować po- wstanie nieprawidłowego fenotypu. Inne znane zaburzenia strukturalne to: chromosomy pierścieniowe, inwersje para- centryczne lub pericentryczne, a także izochromosomy, czyli chromosomy zawierające dwie kopie pojedynczego ramienia (ramienia p lub q) i żadnych kopii pozostałych.
ScHORZEnia MOnOGEnOWE
Wiele ważnych chorób genetycznych jest rezultatem muta- cji pojedynczego genu. W katalogu internetowym OMIM (Online Mendelian Inheritance in Men) z 2006 roku wymie- niono około 13 000 znanych pojedynczych zaburzeń geno- wych u człowieka. Wśród nich ponad 12 000 znajduje się na autosomach, natomiast 655 na chromosomie X [10]. Wiele z nich udało się zlokalizować na odpowiednich chromoso- mach, sklonować oraz poznać ich sekwencje. Grzegorz Mendel jako pierwszy opisał zasady segregacji i niezależnego mieszania genów w powszechnie znanym eks- perymencie z groszkiem ogrodowym. Praca ta spowodowała powstanie klasycznego opisu dziedziczenia autosomalnego dominującego (AD) oraz autosomalnego recesywnego (AR). Klasyczne dziedziczenie AD dotyczy sytuacji, w której dany allel wywołuje efekt zarówno u homozygoty, jak i heterozy- goty, podczas gdy dziedzicznie AR wymaga powstania muta- cji w obu allelach. Dziedziczenie sprzężone z X związane jest z pojawieniem się cech, które są kodowane na chromosomie X, i może być zarówno recesywne, jak i dominujące. Zakończenie projektu poznania genomu ludzkiego w 2003 roku było niewątpliwie najważniejszym wydarze- niem, które pomogło w badaniu, diagnostyce i leczeniu cho- rób genetycznych u człowieka. Chociaż ludzki genom został już zsekwencjonowany, nadal nie wiadomo, jak większość genów działa u osób chorych i zdrowych. Złożoność ludzkiej genetyki wzbudza podziw. W genetyce klinicznej znacznie lepiej jest już rozumiana heterogenność genetyczna i zwią- zek – nie zawsze oczywisty i prosty – między pojedynczym genem a danym zaburzeniem. Obecnie wiadomo, że mutacje w więcej niż jednym locus danego genu mogą prowadzić do
może być diagnostyka takich schorzeń uwarunkowanych genetycznie, jak neurofibromatoza (NF) czy stwardnienie guzowate. Zwykle wszystkie osoby będące nosicielami genu NF będą miały objawy kliniczne choroby, ale u niektórych będą to wyłącznie łagodne zmiany skórne, podczas gdy u innych wystąpią liczne włókniaki, które mogą mieć różno- rodną, często ogólnoustrojową lokalizację. Należy zwrócić uwagę na fakt, że osoby, które będą starały się o potomstwo, mają zwykle niezbyt nasilone objawy kliniczne. Natomiast u ich potomstwa zwykle wystąpią bardziej nasilone objawy kliniczne danej jednostki chorobowej. Ekspresja jest różna w zależności od wpływów środowiska, innych genów, mu- tacji somatycznych (tak jak w przypadku retinoblastoma), imprintingu genomowego, antycypacji czy heterogenności allelicznej. Niektóre z tych mechanizmów zostaną opisane bardziej szczegółowo w dalszej części tego rozdziału.
Dziedziczenie autosomalne recesywne
Choroby AR w klasycznym ujęciu opisywane są ja- ko wymagające równocześnie dwóch mutacji geno- wych do wystąpienia objawów chorobowych. Takie choroby występują zwykle u osób, których zdrowi ro- dzice są nosicielami recesywnego genu. Ryzyko nawrotu choroby w przypadku, kiedy rodzice są nosicielami dla każ- dej kolejnej ciąży wynosi 25%. Trzeba jednak pamiętać, że choroba zwykle pojawia się w przypadku nieobciążonego wywiadu rodzinnego. O wiele częściej spotykani są nosiciele niż osoby z objawami chorobowymi, a choroba, która nie występowała w poprzednich generacjach, zwykle pojawia się u rodzeństwa. Ryzyko dla pozostałych krewnych (takich jak rodzeństwo przyrodnie czy potomstwo zdrowego rodzeń- stwa) jest zwykle niskie, chyba że rozpowszechnienie danego zaburzenia w populacji jest szczególnie wysokie. Zwiększone dla rodziców ryzyko posiadania dziecka z chorobą gene- tyczną lub wadą wrodzoną wynosi około 6%, jeżeli są oni krewnymi pierwszego stopnia osoby z takim zaburzeniem, albo jest dwukrotnie wyższe niż w populacji ogólnej. Coraz częściej rozpoznaje się wyjątki od tradycyjnych reguł dziedziczenia AR, co ma związek z postępem, jaki dokonał się w dziedzinie genetyki. Coraz łatwiej dostrze- ga się subtelne objawy kliniczne u nosicieli. Można to zilustrować na przykładzie mukowiscydozy (CF – cystic fibrosis), w której u nosicieli płci męskiej występuje nie- płodność związana z obustronnym wrodzonym brakiem nasieniowodów (CBAVD – congenital bilateral absence of the vas deferens). Osoby będące nosicielami anemii sier- powatej mogą cierpieć na zawały śledziony, do których dochodzi częściej w przypadku przebywania tych osób na terenach wysokogórskich. Natomiast u kobiet w ciąży z anemią sierpowatą występuje zwiększone ryzyko zaka- żeń układu moczowego. Poradnictwo genetyczne w przypadku chorób AR uważa się za prostsze ze względu na rzadsze różnice w ekspresji choroby i brak zjawiska penetracji. Przyczyną różnorodności obrazu klinicznego danego zaburzenia może być genetycz- na heterogenność związana z więcej niż jednym locus lub występowaniem różnych alleli w pojedynczym locus. Jest to szczególnie istotne w przypadku CF, która jest najczęstszą
jednostką chorobową AR u rasy białej. Poniżej opisano pre- natalne programy skriningowe.
Dziedziczenie sprzężone
z chromosomem X
Dziedziczenie sprzężone z chromosomem X można podzie- lić na recesywne, dominujące albo dominujące i letalne dla osób płci męskiej. Większość chorób sprzężonych z chromo- somem X jest recesywna i tradycyjnie uważa się, że dotyczy ona tylko mężczyzn, których matki są nosicielkami. Zdarzają się przypadki występowania choroby spowodowanej nowymi mutacjami, tak jak w przypadku dziedziczenia AD. Również wiek rodziców okazał się istotnym czynnikiem zwiększa- jącym ryzyko posiadania córek, będących nosicielkami za- burzenia sprzężonego z chromosomem X. Chociaż kobiety posiadają dwa chromosomy X, a mężczyźni tyko jeden, to ilość produktu genu z chromosomu X jest taka sama u obu płci. Fakt ten można wytłumaczyć występowaniem wcześnie podczas rozwoju embrionalnego u kobiet inaktywacji jed- nego z chromosomów X (hipoteza Lyona). Za inaktywację chromosomu X, do której dochodzi w wyniku metylacji, od- powiedzialny jest gen XIST znajdujący się w centrum inak- tywacyjnym chromosomu X. Objawy chorobowe będą wy- stępowały u osób z nieprawidłową liczbą chromosomów X, co związane jest z niekompletną inaktywacją X. Ze względu na losową inaktywację X, u niektórych heterozygotycznych nosicielek chorób sprzężonych z chromosomem X dojdzie do pierwotnej inaktywacji chromosomu X zawierającego prawidłowy allel. W związku z takim rodzajem inaktywacji, u kobiet tych wystąpią objawy kliniczne choroby. Taki proces zachodzi w przypadku hemofilii A, w której u pewnych no- sicielek mogą wystąpić łagodne, nieprawidłowe krwawienia, związane z obniżonym poziomem czynnika VIII. U kobiet z tym zaburzeniem występują zwykle znacznie łagodniejsze objawy kliniczne niż u chorych osób płci męskiej. Choroby dominujące sprzężone z chromosomem X są rzadziej spotykane w porównaniu z chorobami recesyw- nymi sprzężonymi z chromosomem X, a niektóre z nich są letalne u mężczyzn. Jako przykład może posłużyć ze- spół Retta, incontinenti pigmenti, czy zespół Aicardiego. Zespół Aicardiego jest rzadkim, pierwotnym schorzeniem ośrodkowego układu nerwowego, do którego objawów na- leżą: agenezja ciała modzelowatego, małoocze oraz drgawki u noworodków. Określenie płci jest bardzo pomocne, jeśli podejrzewa się powyższe schorzenie, ponieważ rozpoznanie płci żeńskiej może potwierdzić diagnozę. Zwykle posiadanie chorego na to schorzenie dziecka przez zdrowych rodziców ma związek z występowaniem nowej mutacji. W takich przypadkach ryzyko nawrotu określa się jako niskie. W przypadku izolowanych recesywnych chorób sprzężo- nych z chromosomem X istotne jest, ale zwykle trudne do wykonania, różnicowanie, czy dany izolowany przypadek jest wynikiem nowej mutacji czy występuje on w rodzinie, w której matka jest nosicielką. Różnicowanie to jest znacznie prostsze w przypadku dostępności diagnostyki moleku- larnej lub innych metod wykrywania nosicielstwa. Jednak należy pamiętać, że takie testy nie są dostępne dla każdego schorzenia i wówczas ryzyko należy oszacować empirycz-
nie, opierając się na analizie rodowodu i rozważając wpływ innych czynników, takich jak na przykład liczba zdrowych mężczyzn w danej rodzinie. Zilustrowano to przykładem przedstawionym na rycinie 2-4. Przedstawia on izolowany przypadek letalnej choroby sprzężonej z chromosomem X (na przykład dystrofii mięśniowej Duchenne’a) w rodzinie. Jeżeli nowa mutacja występuje u chłopca (III-1), nie ma ryzyka wzrostu powtórzenia się mutacji u jego siostry (III-
- lub jej dzieci. Jeżeli natomiast nowa mutacja występuje u jego matki (II-1), wówczas u jego siostry (III-2) występuje 50% ryzyko nosicielstwa, ale ciotka (II-2) nie będzie nosi- cielką. Jeżeli zaś nosicielką będzie babcia (1-1), wtedy (II-2) ma 50%, a jego kuzynka (III-3) 25% ryzyko nosicielstwa. Zespół łamliwego chromosomu X, najczęstsza dziedziczna przyczyna upośledzenia umysłowego, jest ważnym schorze- niem, które zostało określone jako sprzężone z chromoso- mem X w połowie dominujące - związane z genem dominu- jącym o ograniczonej penetracji. Do objawów klinicznych zespołu łamliwego chromosomu X należą: upośledzenie umysłowe, zaburzenia behawioralne, a także specyficzne cechy dysmorficzne. Choroba ta częściej pojawia się u męż- czyzn (odpowiednio 1/4000) i ma znacznie cięższy przebieg niż u kobiet. Wzór dziedziczenia jest dość skomplikowany. Nosiciele mają pośrednią liczbę powtórzeń trinukleotydów (CGG) w nietranslacyjnym regionie 5´ genu (premutacja), która to liczba może wzrosnąć podczas oogenezy, dając peł- ną mutację (ryc. 2-5). Pełna mutacja u mężczyzn charakte- ryzuje się umiarkowanym lub ciężkim upośledzeniem umy- słowym oraz zaburzeniami behawioralnymi np. autyzmem. U kobiet stwierdza się natomiast większą różnorodność fenotypów, od prawidłowego do tak ciężkiego, jak fenotyp
Zespół łamliwego chromosomu X
- położony na chromosomie płciowym X X Y (płeć męska) X X (płeć żeńska)
A
B
Rycina 2-5. Zespół łamliwego chromosomu X. A. Zespół łamliwego chromosomu X związany jest z chromo- somem płciowym X. B. W zespole łamliwego chromosomu X występuje wielokrotne powtórzenie sekwencji nukleoty- dów Cgg. efektem takiego powtórzenia trinukleotydów jest metylacja zasadniczych białek. (Zgoda na publikację: Don Bailey, RTI International, and rendered by the Publication Unit of the FPG Child Development Institute, University of North Carolina at Chapel Hill).
I
1
1
1
1
2
2
2
3 4
II
III
IV
Rycina 2-4. diagram izolowanego przypadku letalnego zaburze- nia sprzężonego z chromosomem X (na przykład dystrofia mięśniowa duchenne’a). Patrz omówienie oszacowania ryzyka w tekście.
