 |
| (for. S.Cz.) |
Zaczynając od określenia chorób uwarunkowanych genetycznie należy wspomnieć o jednym z
ważniejszych odkryć na ramach XX i XXI wieku jakim jest odkrycie w prowadzeniu badań nad
sekwencjonowaniem ludzkiego genomu przez Departament Energii USA i Narodowy Instytut
Zdrowia USA. Zakończenie tych badań ukazało iż posiada on ok. 35 000 genów (choć niektóre
źródła wskazują iż zawiera on 20-25 tys. genów) w związku z czym tajemnice genetyki tj. zmiany
w strukturze genów lub ich ekspresji stały się ogólnie dostępne. Obecnie nowe sekwencjonowanie
nad patogenezą chorób są szybsze i tańsze choć najczęściej wykorzystywane są w schorzeniach
nowotworowych. Poprzez rozwój tej dziedziny nauki choroby człowieka dzielimy tradycyjnie na:
choroby uwarunkowane genetycznie, zależne wyłącznie od czynników środowiskowych praz
choroby z etiopatogenezą łączące czynniki wrodzone i nabyte. Należy jednak wspomnieć iż
prowadzenie badań molekularnych nad chorobami środowiskowymi sprawia, że podział ten
rozmywa swoje granice w związku z czym to wady wrodzone odgrywają najważniejszą rolę w
ciężkości przebycia choroby oraz genezie.
Schorzenia genetyczne definiowane są poprzez dziedziczność, występujące w rodzinie oraz
wrodzone. Oznacza to, że wady przekazywane są z pokolenia na pokolenie lub powstają na nowo
na wskutek różnorodnych zaburzeń w wyniku mechanizmu przekazywania cech dziedzicznych
zgodnie z prawami Mendla. Określenie choroby jako wrodzonej definiowane jest po urodzeniu
dziecka choć część chorób ujawnia się w okresie dojrzewania lub dorosłości.
Szczególną uwagę należy zwrócić na fakt, iż chromosomy jako materiał genetyczny występuje
we wszystkich komórkach. Składają się one z białka i kwasu dezoksyrybonukleinowego (DNA) w
związku z czym każda komórka zawiera 23 pary chromosomów, w tym jedna para chromosomów
płciowych oraz 22 pary autosomów. Istnieją dwa chromosomy płciowe, zwane chromosom X i
chromosom Y. Kobiety mają dwa chromosomy X, podczas gdy mężczyźni mają jeden chromosom
X i jeden chromosom Y. Świadczy to o tym, iż każde zaburzenie może być dziedziczone zarówno
od ojca jak i od matki.
Dziedziczenie według praw Mendla zostało opublikowane w XIX wieku przez G.J. Mendla
ogłaszając, iż cechy rodzicielskie podczas zapłodnienia łączą się ze sobą na stałe. Zgodnie z tym
założeniem wyróżniamy trzy prawa Mendla:
I. czystości gamet oznaczające iż podczas produkcji gamet dwie kopie każdego czynnika
dziedzicznego klasyfikują się tak, że potomstwo nabywa jeden czynnik od każdego z rodziców;
II. niezależnej segregacji cech stwierdzające, że prawa, które regulują losowe występowanie cech
poszczególnych par rodzicielskich występują indywidualnie w potomstwie;
III. dominacji mówiąca, że jeden z czynników wykazuje cechy dominuję lub nie wykazuje gdy
występują geny recesywne.
Na podstawie tego pula chorób spowodowanych zaburzeniami o dziedziczeniu mendlowskim
w ciągu kilkunastu lat wzrosła powyżej 6 000 choć są to choroby rzadko występujące. W zależności
od pojedynczych zmian w genach możemy podzielić je na dziedziczenie: autosomalne dominujące,
autosomalne recesywne oraz sprzężone z chromosomem X. Jednakże zgodnie z prawami Mendla w
szczególnych przypadkach występuje kodominacja, gdy pełnej ekspresji podlegają dwa allele
danego genu (żaden z nich nie jest dominujący ani recesywny) oraz polimorfizm, w którym
występują różne odmiany danego genu (prowadzące w konsekwencji do różnic w budowie i
działaniu białka kodowanego przez ten gen). Efektem mutacji są dwa zjawiska: plejotropia oraz
heterogenność genetyczna. W swej istocie, plejotropia oznacza odwzorowanie jednej rzeczy na
poziomie genetycznym do wielu cech na poziomie fenotypowym. Zjawisko to możemy podzielić na
trzy klasy, które nie wykluczają się wzajemnie:
a) plejotropię molekularną genu określa genetyczna liczba cech mierzona występującymi
błędami (dodatkowo biochemicznymi), na przykład przez liczbę czynników pośrednich
białko-białko wpływających na gen lub liczbę reakcji katalizowanych;
b) plejotropię rozwojową w której mutacje są odpowiednimi jednostkami. Cechuje mapę
genotyp-fenotyp, która określa genetyczną i ewolucyjną autonomię aspektów fenotypu
niezależnych od sprawności fizycznej. Leży ona u podłoża wielorakich oznak syndromów
choroby (ontogenetyczności);
c) plejotropię selektywną dotyczącą liczby sprawności komponentów na który miała wpływ
mutacja.
Odnosi się ona do plejotropii antagonistycznej w wyniku której geny
odpowiedzialne za sprawność i żywotność w młodym wieku w wyniku procesu starzenia
obniżają ją.
Zaś heterogenność genetyczna jest zjawiskiem, w którym jeden fenotyp lub zaburzenia genetyczne
mogą być spowodowane przez dowolną ilości mutacji alleli lub dla allelu, tu jednak istnieją dwa
typy: allelowy niejednorodny - gdy różne allele są w stanie wytwarzać zmienną ekspresję genu oraz
locus heterogeniczność - termin używany do opisania choroby, w których mutacje w różnych loci
mogą produkować ten sam fenotyp choroby.
Podsumowując pod pojęciem mutacji kryje się zmiana sekwencji nukleotydów w genomie
organizmów, wirusów, DNA pozachromosomowego lub innych elementów genetycznych.
Spowodowane one są: spontanicznym rozpadem cząsteczek, błędami podczas replikacji DNA,
gdzie naturalnie występują uszkodzenia (podatne również na błędy syntezy translacji), błędy
wprowadzone podczas naprawy DNA oraz wywołane czynnikami mutagennymi. Mutacje wynikają
ponadto z insercji bądź delecji segmentów DNA ze względu na ruchome elementy genetyczne. W
procesie zmian wyróżniamy kilka możliwości odnośnie rodzai zmian w sekwencji. Mogą one
wpływać na zmianę produktu genu, zmieniać prawidłowe funkcjonowanie częściowo lub
całkowicie. W przypadku mutacji genowych wyróżniamy tu:
1. mutacje punktowe wynikające ze zmiany jednego nukleotydu na inny (w przypadku
tranzycji: puryny na purynę lub pirymidyny na pirymidynę, zaś transwersji: puryny na pirymidynę
lub pirymidyny na purynę) prowadzące do zmiany jednego aminokwasu w produkcie białkowym;
2. mutacje przesunięcia ramki odczytu spowodowane insercją (wstawieniem pojedynczej lub
większej liczby par nukleotydów) lub delecją (wypadnięcie pojedynczej lub kilku par nukleotydów)
liczby nukleotydów, która nie jest wielokrotnością liczby trzy z sekwencji DNA. Im wcześniej w
sekwencji występuje błąd, tym bardziej zmienione białko jest produkowane. Gdy procesy te
prowadzą do zwielokrotnienia liczby trzy wówczas nie nastąpi przesunięcie ramki odczytu a
powstałe tak biało nie będzie zawierało jednego lub kilku aminokwasów.
3. mutacje polegające na licznych powtórzeniach tripletów są specyficzną grupą, w której
trzy nukleotydy sekwencji ulegają amplifikacji. Choć swoistość sekwencji jest zróżnicowana w
większości chorób występują najczęściej guanina (G) i cytozyna (C). Dodatkowo charakterystyczna
jest ich dynamiczność podczas której stopień amplifikacji wzrasta w czasie gametogenezy.
Zaburzenia te różnie wpływają na fenotyp organizmu powodując widoczne efekty zmian lub ich
brak. W związku z czym wyróżniamy trzy główne kategorie: prowadzące do poważnych skutków
fenotypowych, uwarunkowane wieloczynnikowo (poligenicznie) oraz związane z aberracjami
chromosomowymi.
Dla zaprezentowania jednego z 4 możliwych typów dziedziczenia zobrazuję dziedziczenie
choroby monogennej a konkretniej dziedziczonej w sposób autosomalny dominujący jaką jest
pląsawica Huntingtona. Zaburzenia tak dziedziczone występują w układzie heterozygotycznym, w
którym wzorcem dziedziczenia jest osoba zawierająca jedną kopię zmutowanego genu oraz jeden
gen normalny w parze autosomalnych chromosomów. Dziedziczenie to charakteryzuje się tym, że:
występuje u osób w każdym pokoleniu, każda osoba chora ma zmutowanego genetycznie rodzica (z
wyjątkiem nowej mutacji lub zmniejszonej penetracji). Każde dziecko dotkniętego osobnika ma
50% szans na odziedziczenie tej cechy zaś krewni bez zmian w autosomach nie przekazują szansy
na zachorowanie swoim dzieciom oraz należy wspomnieć iż mężczyźni i kobiety mają równie
prawdopodobieństwo, aby mieć wpływ na przekazanie zaburzenia (choć mogą być nie ograniczone
ekspresje raka jajnika lub jąder). W niektórych przypadkach penetracja może wynosić mniej niż
100%, co może prowadzić do umiarkowanego lub opóźnionego występowania nośników. Objawy
choroby powiązane są z 50% obniżeniem wytwarzania produktu białkowego, co oznacza obniżenie
aktywności enzymatycznej poprzez brak kodowania białek enzymatycznych zaangażowanych w
złożone przemiany metaboliczne (często są one elementami kontroli sprzężeń zwrotnych) oraz
najważniejszych białek strukturalnych (kolagen, spektryna).
Przyczyną dziedziczenia choroby jest mutacja w genie HHT umiejscowionym na chromosomie
4p16.3 zawierającym instrukcję do wytwarzania białka zwanego huntingtyną (choć funkcja tego
białka nie jest znana odrywa znaczącą rolę w funkcjonowaniu komórek nerwowych w mózgu oraz
jest niezbędna do prawidłowego rozwoju przed urodzeniem). Huntigntyna występuje ogólnie w
wielu tkankach organizmu, w których może być zaangażowana w chemiczną sygnalizację, transport
materiałów, dołączenie (powiązania) do białek i innych struktur chroniąc komórki przed
samozniszczeniem. Zaburzenie wynika z wielokrotnego powtórzenia fragmentu DNA to jest
trinukleotydu CAG (cytozyna-adenina-guanina). Prawidłowo występuje od 10 do 35 powtórzeń w
obrębie genu choć osoby, u których występuje 36-39 powtórzeń CAG mogą nie rozwinąć objawów
choroby. Objawy chorobowe pojawiają się gdy liczba powtórzeń przekroczy 40 powtórzeń. Wzrost
rozmiaru sekwencji CAG prowadzi do produkcji zbyt długich wersji tego białka (wydłużenia) w
wyniku czego następuje jego cięcie na mniejsze, toksyczne fragmenty, które wiążą się ze sobą i
gromadzą w neuronach zakłócając ich prawidłową funkcję (prowadzi to do zaburzenia i śmierci
neuronów). Częstość występowania choroby Hiuntingtona szacowana jest ok. 1-2 przypadków na
2500 przypadków ogólnej populacji.
Morfologia choroby Huntingtona zwykle powoduje utrudnienia w poruszaniu się, systemach
poznawczych oraz zaburzeniach psychicznych z szerokim spektrum objawów podmiotowych i
przedmiotowych. W wyniku zaburzeń ruchowych może obejmować zarówno mimowolne ruchy jak
i upośledzenie dobrowolnych ruchów tj. mimowolne skurcze lub ruchy (pląsawica wijąca);
problemy mięśniowe, np. sztywność mięśni lub przykurcze (dystonia); powolne lub nieprawidłowe
ruchy gałek ocznych; zaburzenie chód, postawa i równowaga czy trudnościami z mową lub
połykaniem. Zniekształcenia w ruchach dobrowolnych - zamiast ruchach mimowolnych - mogą
mieć większy wpływ na zdolność osób chorych do pracy, wykonywania codziennych czynności,
komunikowania się i pozostawania niezależnymi. Zaburzenia poznawcze, często związane z
chorobą Huntingtona obejmują: trudności organizacyjne, określenia priorytetów i skupienia na
zadaniach; brak elastyczności lub tendencji do logicznego i szybkiego myślenia, zachowania lub
działania; brak kontroli nad impulsami, które mogą powodować wybuchy, działania nieprzemyślane
i rozwiązłości seksualną; brak świadomości własnych zachowań i umiejętności; powolność w
przetwarzaniu myśli lub ''znalezienie słowa" oraz trudności w uczeniu się nowych informacji.
Najbardziej powszechnymi zaburzeniami psychicznymi związanymi z tą chorobą jest depresja jako
reakcja na otrzymanie diagnozy. Uważane jest jednak, że depresja występuje z powodu urazu
mózgu i kolejnych zmian w jego funkcjonowaniu. Objawy mogą obejmować: uczucie smutku lub
drażliwość, apatię; wycofanie ze społeczeństwa; bezsenność; zmęczenie i straty energii; częste
myśli o śmierci lub samobójstwie. Innymi często występującymi zaburzenia psychicznymi są:
zaburzenia obsesyjno-kompulsyjne (stan, w którym pojawiają się nawracające, natrętne myśli oraz
powtarzalne zachowania), mania (powodująca podwyższony nastrój, nadaktywność, impulsywne
zachowanie i zawyżoną samoocenę) oraz choroba afektywna dwubiegunowa lub naprzemienna
będąca wynikiem łączenia epizodów depresji i manii. Oprócz wyżej wymienionych objawów
charakterystyczne jest również zmniejszenie masy ciała wraz z postępem choroby. W przypadku
wystąpienia choroby Huntingtona u dzieci początek i progresja może mieć nieco inny przebieg niż
u dorosłych. Problemy, które często charakteryzują się wcześnie cechują się zmianami
behawioralnymi (utrata wcześniej zdobytych umiejętności somatycznych) oraz fizycznymi
(sztywność mięśni, które wpływają na sposób chodzenia, zmiany umiejętności motorycznych, które
mogą być widoczne w takich umiejętności, jak pisanie, wstrząsy lub nieznaczne ruchy mimowolne
oraz napady).
Zarys badań podjętych w ramach diagnozy dotyczy szczegółowych badań lekarskich
przeprowadzonych w celu oceny, czy nastąpił początek choroby. Lekarz testuje to pod kątem oznak
mimowolnych ruchów ciała (niezamierzone, przypadkowe i gwałtowne ruchy często będzie
prowadzić do rozpoznania choroby Huntingtona). Szczegółowa analiza psychologiczna jest również
wykonywana w celu sprawdzenia oznak spadku samopoczucia, zachowania i funkcji poznawczych.
Medycznymi technikami obrazowania są z kolei tomografia komputerowa (CT), rezonans
magnetyczny (MRI), które mogą ujawnić zanik jądra ogoniastego, które obserwuje się we
wczesnym stadium choroby. Jednak funkcja ta sama w sobie nie jest diagnostyką stanu.
Funkcjonalne techniki neuroobrazowania, takie jak fMRI i PET (pozytonowa tomografia emisyjna)
mogą ujawnić zmiany w aktywności mózgu, zanim objawy fizyczne zaczyna się rozwijać.
Narzędzia te zostały wykorzystane tylko doświadczalnie oraz nie zostały wprowadzone do
klinicznego badania. Testy genetyczne mogą być przeprowadzone tak, aby sprawdzić, czy ktoś jest
zagrożony chorobą Huntingtona. Próbkę stanowi krew sprawdzana pod względem mutacji w
organizmie pacjenta w dwóch egzemplarzach huntingtyny (HTT). Mutacji, które są sprawdzane jest
mutacja rozszerzenia liczby powtórzeń cytozyna- adenina-guanina (CAG) występująca na
chromosomie 4. Badania prenatalne mogą być wykonywane w celu sprawdzenia, czy płód lub
embrion nosi mutację, która prowadzi do choroby Huntingtona. Próbka płynu owodniowego, który
otacza dziecko może być badany w procesie zwanym punkcji owodni lub próbka może być pobrana
z łożyska przy pomocy techniki określanej jako biopsja kosmówkowa. Badanie genetyczne jest
wykonywana, gdy u rodzica zdiagnozowano chorobę, kiedy badania genetyczne wykazały mutację
w genie ekspansji HTT lub gdy ktoś ma ryzyko 50% odziedziczenia.
Reasumując należy wspomnieć iż do tego typu dziedziczenia odnośnie układu nerwowego
zaliczamy nerwiakowłóknikowatość zwaną neurifibromatozą, dystrofię miotoniczną oraz
stwardnienie guzowate. W przypadku układu moczowego – wielotorbielowatość nerek;
pokarmowego – rodzinna polipowatość jelita grubego. Sferocytoza wrodzona, choroba von
Willebranda [typu I i II] odnoszą się do układu krwiotwórczego, zespół Marfana i zespół Ehleresa-
Danlosa, osteogenesis imperfecta i achondroplazja układu kostnego. Ostatnią kategorią są choroby
metaboliczne do których zaliczamy rodzinę hipercholesterolemii oraz ostrą przerywaną porfirię.
Martyna Niesłuchowska
Biologia Medyczna III/I°
Literatura:
- 1) V. Kumar, A.B. Abbas, J. Aster;2012; „Robbins Parologia” – Uwarunkowania Chorób
Genatycznych; p.239-270;
- 2) W. Domagała, M. Chosia, E. Urasińska; 2011; „Podstawy Patologii”; Wydawnictwo
Lekarskie PZWL;
- 3) S. Jarochowicz, A. Mazur; 2007; „Fenyloketonuria – choroba metaboliczna
uwarunkowana genetycznie” p. 76-90;
- 4) M. Buchnat, K. Pawelczak; 2013: „Zaburzenia rozwojowe u dzieci z rzadkimi zespołami
genetycznymi i wadami wrodzonymi; Wydawnictwo naukowe UAM;
- 5) https://ghr.nlm.nih.gov/condition/angelman-syndrome [odczyt 26.11.2016r]
- 6) http://www.webmd.com/children/tc/down-syndrome-topic-overview#1 [odczyt
25.11.2016r.]
- 7) http://www.healthline.com/health/phenylketonuria [odczyt 26.11.2016r.]
- 8) http://emedicine.medscape.com/article/1177266-treatment [odczyt 26.11.2016r]