ГЕНЕАЛОГІЧНИЙ ТА БЛИЗНЮКОВИЙ МЕТОДИ. ХРОМОСОМНІ ХВОРОБИ. ЦИТОГЕНЕТИЧНИЙ МЕТОД ЇХ ДІАГНОСТИКИ.
Сучасна клінічна медицина вже не може обійтися без генетичних методів. Для вивчення спадкових ознак у людини використовують різні біохімічні, морфологічні, імунологічні, електрофізіологічні методи. Лабораторно-генетичні методи діагностики завдяки прогресу генетичних технологій можуть бути виконані на малій кількості матеріалу, який можна пересилати поштою (декілька крапель крові на фільтрувальному папері, або навіть на одній клітині, взятій на ранній стадії розвитку (Н. П. Бочков, 1999) .
У вирішенні генетичних завдань використовують такі методи: генеалогічний, близнюковий, цитогенетичний, гібридизації соматичних клітин, молекулярно-генетичні, біохімічні, методи дерматогліфіки і пальмоскопії, популяційно-статистичний, секвенування геному та ін.
Генеалогічний метод вивчення спадковості людини. Основний метод генетичного аналізу в людини полягає у складанні і вивченні родоводу.
Генеалогія – це родовід. Генеалогічний метод – метод родоводів, коли простежується ознака (хвороба) в родині з указаниям родинних зв’язків між членами родоводу. В його основу покладено ретельне обстеження членів родини, складання й аналіз родоводів.
Це найбільш універсальний метод вивчення спадковості людини. Він і використовується завжди при підозрі на спадкову патологію, дозволяє встановити у більшості пацієнтів:
• спадковий характер ознаки;
• тип успадкування і пенетрантність апеля;
• характер зчеплення генів і здійснювати картування хромосом;інтенсивність мутаційного процесу;
• розшифрування механізмів взаємодії генів.
Суть генеалогічного методу полягає у встановленні родинних зв’язків, простеженні ознак або хвороби серед близьких і далеких, прямих і непрямих родичів.
Він складається із двох етапів: складання родоводу і генеалогічного аналізу. Вивчення успадкування ознаки або захворювання в певній сім’ї розпочинається з суб’єкта, який має цю ознаку або захворювання.
Особина, яка першою попадає в поле зору генетика, називається пробандом. Це переважно хворий або носій дослідної ознаки. Діти однієї батьківської пари називаються сибсами пробанда (брати – сестри). Потім переходять до його батьків, далі до братів і сестер батьків і їх дітей, потім до дідусів і бабусь і т.д. Складаючи родовід, роблять короткі нотатки про кожного з членів сім’ї, його родинні зв’язки з пробандом. Схема родоводу супроводжується позначеннями під рисунком і отримала назву легенди.
Застосування генеалогічного методу дозволило встановити характер успадкування гемофілії, брахідак-тилії, ахондроплазії та ін. Він широко використовується для уточнення генетичної природи патологічного стану і при складанні прогнозу здоров’я нащадків.
Методика складання родоводів, аналіз.
Складання родоводу розпочинають з пробанда – людини, яка звернулася до генетика або до лікаря і містить ознаку, яку необхідно вивчити у родичів по батьківській і материнській лініях.
При складанні родовідних таблиць користуються умовними позначеннями, запропонованими Г. Юстом у 1931 р. Фігури родоводів розміщують горизонтально (або по колу), в один рядок кожне покоління. Зліва позначають римською цифрою кожне покоління, а окремих осіб у поколінні – арабськими зліва направо і зверху вниз. Причому найстарше покоління розташовують зверху родоводу і позначають цифрою І, а наймолодше – внизу родоводу.
Братів і сестер згідно з народженням найстаршого розташовують зліва. Кожний член родоводу має свій шифр, наприклад, ІІ-4, ІП-7. Шлюбна пара родоводу позначається за тим же номером, але з малої літери. Якщо один із подружжя необстежений, відомості про нього не наводяться взагалі. Всі індивідууми розміщуються строго по поколіннях. Якщо родовід великий, то різні покоління розташовуються не горизонтальними рядами, а концентричними.
Після складання родоводу до нього додається письмове пояснення – легенда родоводу. У легенді мають знайти віддзеркалення такі відомості:
• результати клінічного і позаклінічного обстеження пробанда;
• відомості про особистий огляд родичів пробанда;
• зіставлення результатів особистого огляду пробанда з відомостями опитування його родичів;
• письмові відомості про родичів, які проживають в іншій місцевості;
• висновок щодо типу успадкування хвороби або ознаки.
Не слід обмежуватися при складанні родоводу тільки опитуванням родичів – цього недостатньо. Частині з них призначають повне клінічне, позаклінічне або спеціальне генетичне обстеження.
Мета генеалогічного аналізу полягає у встановленні генетичних закономірностей. На відміну від інших методів, генеалогічне обстеження повинно завершуватися генетичним аналізом його результатів. Аналіз родоводу дає можливість дійти висновку щодо характеру ознаки (спадкова чи ні), типу успадкування (аутосомно-домінантний, аутосомно-рецесивний або зчеплений зі статтю), зиготності пробанда (гомо- або гетерозиготний), ступеня пенетрантності й експресивності досліджуваного гена.
Аналіз родоводів показує, що всі хвороби, детерміновані мутантним геном, підпорядковуються класичним законам Менделя за різних типів успадкування.
За аутосомно-домінантного типу успадкування домінантні гени фенотипно виявляються в гетерозиготному стані і тому визначення їх і характеру успадкування не викликає утруднень.
Цьому типу успадкування характерні такі закономірності:
1. У кожного носія хворий один із батьків;
2. У хворого, який перебуває в шлюбі зі здоровою жінкою, у середньому, половина дітей хворіє, а друга половина – здорова;
3. У здорових дітей хворих батьків власні діти й онуки здорові;
4. Чоловіки і жінки уражуються однаково часто, співвідношення хворих і здорових становить близько 1:1;
5. Захворювання проявляються в кожному поколінні, що отримало назву – передача хвороби по вертикалі;
6. Гетерозиготні індивіди хворіють;
7. Хворі чоловіки і жінки однаково передають захворювання своїм дітям – хлопчикам і дівчаткам;
8. Чим важче хвороба проявляється на репродукції, тим більша кількість родинних випадків (нові мутації);
9. Гомозиготи можуть народитися від двох хворих батьків. Захворювання у них проходить більш тяжко, ніж у гетерозигот.
Аутосомно-домінантний тип успадкування. Генотип пробанда V5 Аа.
Прикладом аутосомно-домінантного типу успадкування може бути характер успадкування шестипалості (полідактилії). Шестипалі кінцівки – явище досить рідкісне, але стійко зберігається у багатьох поколіннях деяких родин. Багатопалість стійко повторюється в нащадків, якщо хоча б один із батьків багатопалий, і відсутня в тих випадках, коли в обох батьків кінцівки нормальні. У нащадків багатопалих батьків ця ознака присутня в рівній кількості у хлопчиків і дівчаток. Дія цього гена в онтогенезі з’являється досить рано і має високу пенетрантність.
При аутосомно-домінантному типі успадкування ризик появи хвороби в нащадків, незалежно від статі, складає 50 %, але прояви захворювання певною мірою залежать від пенетрантності.
Аналіз родоводів показує, що за таким типом успадковуються: синдактилія, хвороба Марфана, ахондроплазія, брахідактилія, геморагічна телеангіектазія Ослера, гемахроматоз, гіпербілірубінемія, гіперліпопротеїнемія, різні дизостози, мармурова хвороба, незавершений остеогенез, нейрофіброматоз Реклінгаузена, отосклероз, хвороба Пельціуса – Мерцба-хера, пельгірівська аномалія лейкоцитів, періодична адинамія, перніциозна анемія, полідактилія, порфирія гостра інтермітуюча, птоз спадковий, ідіопатична тромбоцитопенічна пурпура, таласемія, туберозний склероз, фавізм, хвороба Шарко-Марі, хвороба Штурге-Вебера, множинні екзостози, ектопія кришталика, еліптоцитоз.
За автосомно-рецесивного успадкування рецесивні гени фенотипово виявляються тільки в гомозиготному стані, що затруднює як виявлення, так і вивчення характеру успадкування.
Цьому типу успадкування властиві такі закономірності:
1) батьки здебільшого клінічно нормальні;
2) якщо хворіють обоє батьків, то всі діти будуть хворі;
3) якщо хвора дитина народилася у фенотипово нормальних батьків, то батьки обов’язково гетерозиготи, ¼ їх дітей буде уражена, ½ – гетерозиготні і ¼ – нормальні;
4) якщо уражені сибси народилися від близькородинного шлюбу, то це доказ рецесивного успадкування захворювання;
5) якщо вступають у шлюб хворий на рецесивне захворювання і генотипово нормальна людина, всі їх діти будуть гетерозиготами і фенотипово здорові;
6) якщо вступають у шлюб хворий і гетерозигота, то половина їх дітей будуть уражені, а половина – гетерозиготні;
7) якщо вступають у шлюб двоє хворих на одне і теж рецесивне захворювання, то всі їх діти будуть хворі;
8) обидві статі хворіють з однаковою частотою;
9) гетерозиготи фенотипово нормальні, але є носіями однієї копії мутантного гена;
Аналіз родоводів свідчить, що фенотипове виявлення рецесивних генів відбувається тільки в тих сім’ях, коли ці гени мають обоє батьків хоча би в гетерозиготному стані.
Аутосомно-рецесивний тип успадкування. Генотип пробанда III5 aa
Сегрегація нащадків відповідає менделівському співвідношенню – 1(здоровий):2(гетерозиготи):1(хворий). Ризик появи хворої дитини в такому шлюбі становить 25%. Рецесивні гени в людських популяціях залишаються не виявленими. Проте в шлюбах між близькими родичами або в ізолятах (невеликі групи людей), де відбуваються шлюби за близьких родинних зв’язків, прояв рецесивних генів зростає. За таких умов імовірність переходу в гомозиготний стан і фенотипового виявлення малопоширених рецесивних генів різко збільшується.
Оскільки більшість рецесивних генів має негативне біологічне значення, супроводжується біохімічним дефектом, і зумовлює ослаблення життєвої стійкості та появу різних виродливостей і спадкових хвороб, то для здоров’я нащадків родинні шлюби мають різко негативний характер.
Спадкові хвороби переважно передаються за автосомно-рецесивним типом, за якого діти від батьків-гетерозигот можуть успадкувати хворобу в 25% випадків (за повної пенетрантності). Зважаючи, що повна пенетрантність трапляється рідко, то і відсоток успадкування захворювання менший.
Аналіз родоводів свідчить, що фенотипне виявлення рецесивних генів відбувається тільки в тих сім’ях, де ці гени мають обоє батьків хоча би в гетерозиготному стані. Рецесивні гени в людських популяціях залишаються невиявленими.
Проте у шлюбах між близькими родичами або в ізолятах (невеликі групи людей), де відбуваються шлюби за близьких родинних зв’язків, прояв рецесивних генів зростає. За таких умов ймовірність переходу в гомозиготний стан і фенотипного виявлення малопоширених рецесивних генів різко зростає.
Оскільки більшість рецесивних генів має негативне біологічне значення й зумовлює зниження життєвої стійкості та появу різних виродливостей і спадкових хвороб, то для здоров’я нащадків родинні шлюби мають різко негативний характер.
Спадкові хвороби переважно передаються за аутосомно-рецесивним типом, діти від батьків-гетерозигот можуть успадкувати хворобу в 25 % випадків (при повній пенетрантності). Зважаючи, що повна пенетрантність зустрічається рідко, то й відсоток успадкування захворювання менший.
За аутосомно-рецесивним типом успадковуються: агаммаглобулінемія, агранулоцитоз, алкаптонурія, альбінізм,,амавротична ідіотія, аміноацидурії, анемія аутоімунна гемолітична, анемія гіпохромна мікроцитарна, аненцефалія, галактоземія, гермафродитизм , гепатоцеребральна дистрофія, хвороба Гоше, євнухоїдизм, мікседема, серпоподібноклітинна анемія, фруктозурія, кольорова сліпота.
Низка захворювань успадковується за Х-хромосомним (зчепленим зі статтю) типом, коли мати є носієм мутантного гена, а половина її синів хворі. Розрізняють Х-зчеплене домінантне і Х-зчеплене рецесивне успадкування.
Для Х-зчепленого домінантного успадкування характерно:
1) уражені чоловіки передають своє захворювання дочкам, але не синам;
2) уражені гетерозиготні жінки передають захворювання половині своїх дітей незалежно від їх статі;
3) уражені гомозиготні жінки передають захворювання всім своїм дітям.
Х-зчеплений рецесивний тип. Генотип про банда IV XAXa.
Такий тип успадкування зустрічається не часто. Захворювання у жінок перебігає не так тяжко, як у чоловіків. Досить важко розрізнити між собою Х-зчеплене домінантне й аутосомно-домінантне успадкування. Застосування нових технологій (ДНК-зонди) допомагає більш точно виявити тип успадкування.
Більше 300 ознак зумовлені мутантними генами, розташованими в Х-хромосомі.
Прикладом Х-зчепленого типу успадкування є гіпофосфатемія (вітамін D-резистентна форма рахіту).
Х-зчеплений гіпофосфатемічний рахіт – найпоширеніша форма вітамін-D-резистентного рахіту і одна з найбільш частих причин рахіту і остеомаляції. Легка гіпофосфатемія протікає безсимптомно, виражена гіпофосфатемія призводить до ураження кісток. У хлопчиків хвороба протікає важче, ніж у дівчаток. Характерні ознаки важкого рахіту, зокрема деформації і часті переломи довгих кісток. Захворювання зазвичай виявляють у дітей до 2 років. Після закриття епіфізарних зон росту прояви хвороби слабшають, але у нелікованих хворих в зрілому віці зустрічаються важкі ураження кісток.
Захворювання обумовлене дефектом гена, контролюючого мембранний транспорт фосфату у ниркових канальцях, тонкій кишці і, можливо, в інших органах. Знижуються всмоктування фосфату у кишечнику і канальцева реабсорбція фосфату.
Родина, де є хворі на гіпофосфатемію
Діагностика. На рентгенограмах виявляються значна демінералізація кісткової тканини і псевдопереломи. Щільність кісткової тканини за даними денситометрії значно знижена. Рівень кальцію в сироватці нормальний, а рівень фосфату знижений.
Х-зчепленому рецесивному типу успадкування властиві такі закономірності:
1) майже всі уражені – чоловіки;
2) ознака завжди передається через гетерозиготну матір, яка фенотипово здорова;
3) хворий чоловік ніколи не передає захворювання своїм синам;
4) всі дочки хворого батька будуть гетерозиготними носіями;
5) жінка-носій передає захворювання 50% синів, ні одна з дочок не буде хворою, але половина дочок – носії спадкового гена.
Х-ресесивний тип успадкування
Більше 300 ознак зумовлені мутантними генами розташованими в Х-хромосомі.
До захворювань, які успадковуються за рецесивним, зчепленим зі статтю типом відносяться: агаммаглобулінемія, альбінізм (деякі форми), анемія гіпохромна, синдроми Віскотта-Олдрича, Пельціуса-Мерцбахера, Фарбі, Гутнера, Лоу, Шольца, гемофілія А, гемофілія В, гіперпаратиреоїдизм, глікогеноз VI типу, нестача глюкозо-6-фосфатдегідрогенази, нецукровий нефрогенний діабет, іхтіоз, періодичний параліч, пігментний ретиніт, псевогіпертрофічна форма міопатії, фосфат-діабет, кольорова сліпота.
Прикладом успадкування рецесивного гена, зчепленого зі статтю, може бути гемофілія.
Гемофілія — Х-зчеплене рецесивне генне захворювання, пов’язане з порушенням коагуляції (згортання) крові; при цьому захворюванні різко зростає небезпека загибелі від крововиливу в мозок та інші життєво важливі органи, навіть при незначній травмі. Хворі з важкою формою гемофілії нерідко піддаються інвалідизації, внаслідок частих крововиливів в суглоби (гемартрози) і м’язові тканини (гематоми).
Гемофілія з’являється через мутації одного з генів, найчастіше в X-хромосомі. Залежно від конкретного гену розрізняють три типи гемофілії (A, B, C).
Гемофілія А викликана дефектним білком — фактором крові VIII, так звана «класична гемофілія» (рецесивна мутація в X-хромосомі)
Гемофілія B викликана дефектним фактором крові IX (рецесивна мутація в X-хромосомі)
Гемофілія C викликана дефектним фактором крові XI, (аутосомна рецесивна мутація), відома в основному у євреєв-ашкеназі.
Зазвичай хворобою страждають чоловіки, жінки ж виступають як носії гемофілії, які самі нею не хворіють, але можуть народити хворих синів або дочок-носійок.
Гемофілія: кровотеча (ліворуч), крововиливи у суглоби (праворуч)
Хоча хвороба на сьогоднішній день невиліковна, її протікання контролюється за допомогою ін’єкцій бракуючого фактора згортання крові, частіше всього виділеного з донорської крові. Деякі гемофіліки виробляють антитіла проти цього білка, що приводить до збільшення необхідної дози фактора або застосування замінників, таких як свинячий фактор VIII. В цілому сучасні гемофіліки при правильному лікуванні живуть стільки ж, скільки і здорові люди.
Найвідомішою носійкою гемофілії в історії була королева Вікторія; мабуть, ця мутація відбулася в її генотипі de novo, оскільки в сім’ях її батьків гемофіліки не зареєстровані. Гемофілією страждав один з синів Вікторії (Леопольд, герцог Олбані), а також ряд внуків і правнуків — нащадків її дочок.
Отже, захворювання відносно часто зустрічається в чоловіків і дуже зрідка у жінок. Фенотипно здорові жінки іноді бувають “носіями” і при шлюбі із здоровим чоловіком народжують синів, хворих на гемофілію. Такі жінки гетерозиготні за геном, який зумовлює втрату здатності до згортання крові. Від шлюбів хворих на гемофілію чоловіків із здоровими жінками завжди народжуються здорові сини і дочки-носії, а від шлюбів здорових чоловіків з жінками-носіями половина синів буває хворими і половина дочок – носії. Як вже зазначалося, це пояснюється тим, що батько передає свою Х-хромосому дочкам, а сини отримують від батька тільки Y-хромосому, яка ніколи не містить гена гемофілії, тоді як їх єдина Х-хромосома переходить від матері.
Основні захворювання, які успадковуються за рецесивним, зчепленим зі статтю типом: агаммаглобулінемія, гідроцефалія, анемія гіпохромна, синдром Віскотта – Олдрича, синдром Гутнера, гемофілія А, гемофілія В, гіперпаратиреої-дизм, глікогеноз VI типу, нестача глюкозо-6-фосфат-дегідрогенази, нецукровий нефрогенний діабет, іхтіоз, синдром Лоу, хвороба Пельціуса – Мерцбахера, періодичний параліч, пігментний ретиніт, псевдогіпертрофічна форма міопатії, хвороба Фабрі, фосфат-діабет, хвороба Шольца, кольорова сліпота .
При Y-зчепленому успадкуванні ознака проявляється лише у чоловіків, батько передає ознаку всім синам.
Прикладами є гіпертрихоз вушних раковин.
Y-зчеплений тип успадкування
Цитогенетичний метод.
Цитогенетичний аналіз дозволяє записувати діагноз спадкового захворювання у вигляді каріотипічної формули.
Цитогенетичний метод (метод хромосомного аналізу) ґрунтується на мікроскопічному дослідженні структури і кількості хромосом. Він набув широкого застосування у 20-і роки XX ст., коли було отримано перші відомості про кількість хромосом у людини. У 30-х роках були ідентифіковані перші 10 пар хромосом.
У 1956 р. шведські вчені Дж. Тийо і А. Леван вперше довели, що у людини 46 хромосом.
Цитогенетичний метод використовують для:
• вивчення каріотипів організмів;
• уточнення числа хромосомних наборів, кількості і морфології хромосом для діагностики
хромосомних хвороб;
• складання карт хромосом;
• для вивчення геномного і хромосомного мутаційного процесу;
• вивчення хромосомного поліморфізму в людських популяціях.
Хромосомний набір людини містить велику кількість хромосом, основні відомості про які можна отримати при вивченні їх в метафазі мітозу і профазі – метафазі мейозу. Клітини людини для прямого хромосомного аналізу отримують шляхом пункції кісткового мозку і біопсії гонад, або непрямим методом — шляхом культивування клітин периферичної крові (лімфоцити), коли отримують значну кількість метафаз. Непрямим методом досліджують також клітини амніотичної рідини або фібробласти, отримані при амніоцентезі або біопсії хоріона, клітини абортусів, мертвонароджених та ін.
Частіше досліджують хромосоми в лімфоцитах периферичної гепаринізованої крові. Для стимуляції мітозу додають фітогемаглютинін, а для зупинки мітозу – колхіцин. Препарат забарвлюють ядерними барвниками: 2 % розчином ацеторсеїну, азурезином, барвником Унна, розчином Гімза та ін. Накривають покривним скельцем, видаляють надлишок барвника фільтрувальним папером, розглядають під мікроскопом з масляною імерсією.
Останнім часом всі дослідження в цитогенетиці людини проводять із застосуванням методів диференційного забарвлення хромосом, які дозволяють відрізнити кожну хромосомну пару. Існує декілька способів забарвлення: Q, G, С, R У вирішенні питань діагностики хромосомних хвороб різні методи диференційного забарвлення застосовують у комбінації. Завдяки диференційному забарвленню хромосом можна виявити незначні хромосомні уламки: невеликі делеції, транслокації та ін.
Отримавши мікропрепарат, вивчають його візуально та складають ідіограму каріотипу, тобто впорядковане розміщення кожної пари хромосом за індивідуальними ознаками відмінностей: загальна довжина хромосоми, форма, розташування центромери.
Більшість хромосом за таким методом можна тільки віднести до певних груп згідно з Денверською класифікацією.
Цей метод дозволяє діагностувати багато спадкових хвороб, вивчати мутаційний процес, складні перебудови і найменші хромосомні аномалії у клітинах, які вступили у фазу поділу та поза поділом.
На хромосомний аналіз направляються пацієнти з множинними уродженими вадами розвитку, діти з затримкою фізичного і психомоторного розвитку, пацієнти з недиференційованими формами олігофренії (недоумства), з порушенням статевого диференціювання, жінки з порушенням менструального циклу (первинна або вторинна аменорея), сім’ї з безпліддям, жінки зі звичним невиношуванням вагітності (викидні, мертвонароджені).
Цитогенетичний аналіз дозволяє записувати діагноз спадкового захворювання у вигляді каріотипічної формули.
Отже, цитогенетичний метод (метод хромосомного аналізу) ґрунтується на мікроскопічному дослідженні структури й кількості хромосом. Він набув широкого застосування в 20-х роках ХХ ст., коли було отримано перші відомості про кількість хромосом у людини. У 30-х роках були ідентифіковані перші 10 пар хромосом. У 1956 р. шведські вчені Дж.Тийо і А.Леван вперше довели, що в людини 46, а не 48 хромосом.
Цитогенетичний метод використовують для:
• вивчення каріотипів організмів;
• уточнення числа хромосомних наборів, кількості й морфології хромосом для діагностики хромосомних хвороб;
• складання карт хромосом;
• для вивчення геномного і хромосомного мутаційного процесу;
• вивчення хромосомного поліморфізму в людських популяціях.
Хромосомний набір людини містить велику кількість хромосом, основні відомості про які можна отримати при вивченні їх у метафазі мітозу і профазі – метафазі мейозу.
Клітини людини для прямого хромосомного аналізу отримують шляхом біопсії кісткового мозку і гонад або непрямим методом – шляхом культивування клітин периферичної крові (лімфоцити), коли отримують значну кількість метафаз.
Непрямим методом досліджують також клітини амніотичної рідини або фібробласти, отримані при амніоцентезі або біопсії хоріона, клітини абортусів, мертвонароджених та ін.
Частіше досліджують хромосоми в лімфоцитах периферичної крові з венозної, гепаринізованої крові (10 мл) через 1 год відстоювання в холодильнику, відсмоктують плазму, а лейкоцити розміщують у живильне середовище 199 або Ігла у співвідношенні 1:1,5. Для стимуляції мітозу додають фітогемаглютинін з розрахунку 0,1 мл на 10 см3 суміші, а також пеніцилін – 100 ОД на 1 см3 суміші. Культуру у флаконах поміщають у термостат при 37˚С на 48 або 72 год. За 6 год до кінця інкубації додають колхіцин з розрахунку 0,5 мкг/мл, який перериває поділ лімфоцитів на стадії метафази. Потім культуру знову поміщають у термостат на 2-4 год, після чого її зливають у центрифужні пробірки і центрифугують 5 хв при 800-1000 об/хв. Після центрифугування надосадову рідину зливають, а до осаду додають 5 мл 0,95%-ного розчину цитрату натрію або 0,56%-ний розчин калій хлориду підігрітими до 37˚С. У цьому розчині клітини витримують 7 хв, коли застосовують калій хлорид, або 15 хв, якщо застосують цитрат натрію. Культуру знову центрифугують 5-7 хв за тої ж швидкості обертів. Перебування культури в гіпотонічному розчині й наступне центрифугування призводить до розриву ядерних оболонок і виходу хромосом у цитоплазму клітин.
Після центрифугування надосадову рідину зливають, а до осаду доливають 1-2 мл фіксатора, який складається з метилового (або етилового) спирту й льодяної оцтової кислоти в співвідношенні 3:1. Фіксацію проводять не менше 40 хвилин. За цей час фіксатор декілька разів зливають і додають свіжий (3-4 рази), поки клітинна суспензія не стане безбарвною. В останній порції фіксатора клітини суспензують і 3-4 краплі клітинної суспензії наносять на підготовлене предметне скельце. Висушують феном у струмені повітря і забарвлюють ядерними барвниками: 2%-ним розчином ацеторсеїну, азуреозином, барвником Унна, розчином Гімзи та ін. Накривають покривним скельцем, видаляють надлишок барвника фільтрувальним папером, розглядають під мікроскопом з імерсією.
Хромосомні зміни виявляють, досліджуючи каріотип дорослого організму, у клітинах амніотичної рідини та в клітинах хоріона для діагностики хромосомних захворювань плода.
Методика вивчення каріотипу людини, складання каріограми
Отримавши мікропрепарат із культури лімфоцитів периферичної крові, із клітин амніотичної рідини або клітин хоріона вивчають його візуально. Відбирають у полі зору метафазу з роздільно розміщеними хромосомами, а потім мікропрепарат фотографують. З негатива роблять відбитки на фотопапері. З мікрофотографії вирізають зображення кожної хромосоми ножицями, наклеюють їх гумовим клеєм на білий аркуш паперу в ряд, починаючи від найбільшої першої пари, закінчуючи малими хромосомами 21-ї, 22-ї пар і статевої Y-хромосоми. Так отримують ідіограму.
Побудову каріотипу, тобто впорядковане розміщення кожної пари хромосом за індивідуальними ознаками відмінностей: загальна довжина хромосоми, форма, розташування центромери.
Більшість хромосом за такого методу можна тільки віднести до певних груп згідно з денверською класифікацією.
Цей метод дозволяє діагностувати багато спадкових хвороб, вивчати мутаційний процес, складні перебудови і найменші хромосомні аномалії в клітинах, які вступили у фазу поділу та поза поділом.
Покази до каріотипування:
• пацієнти з множинними уродженими вадами розвитку;
• діти із затримкою фізичного та психомоторного розвитку;
• пацієнти з недиференційованими формами олігофренії (недоумства);
• пацієнти з порушенням статевого диференціювання;
• жінки з порушенням менструального циклу (первинна або вторинна аменорея);
• сім’ї з безпліддям;
• жінки із звичним невиношуванням вагітності (викидні, мертвонароджені).
Метод вивчення статевого хроматину
Поряд з вивченням мітотичних хромосом певного діагностичного значення набуває спостереження інтерфазних клітин. Відмінною ознакою жіночої статі є вміст в інтерфазних ядрах статевого хроматину або тілець Барра.
У 1949 р. Барр і Бертрам при вивченні нервових клітин кішки виявили в ядрах невеличке інтенсивно забарвлене тільце, якому дали назву “сателіт ядра”. Пізніше було доведено, що воно міститься тільки в ядрах клітин самок і його можна розглядати як ознаку, що відрізняє клітини самок від клітин самців. Це тільце отримало назву статевий хроматин або тільце Барра.
Статевий хроматин міститься тільки в ядрах клітин самок тварин, які мають Х-хромосоми. Після забарвлення ця грудочка хроматину розташована поблизу ядерця, біля ядерної оболонки або лежить вільно в каріоплазмі. Локалізація статевого хроматину всередині ядра відносно постійна для клітин певного типу тканин.
Встановлено, що статевий хроматин є не що інше, як одна із Х-хромосом, яка під час інтерфази перебуває в гетеропікнотичному стані. На стадії бластоцисти одна із Х-хромосом, материнського або батьківського походження, інактивується.
Хід визначення статевого хроматину в людини.
1. Стерильним шпателем отримують зішкріб із слизової оболонки порожнини рота (із внутрішньої поверхні щоки).
2. Зскрібок (білуватий наліт) розміщують як можна рівніше посередині предметного скельця.
3. Мазок для фіксації занурюють у 96%-ний етанол.
4. Через 15-20 хв мазок виймають і підсушують на повітрі.
5. На мазок наносять 1-2 краплі розчину ацеторсеїну. Накривають покривним скельцем і препарат мікроскопують. Спочатку на малому збільшенні, а потім під олійною імерсією. Доліджують тільки інтерфазні добре помітні овальної форми ядра.
У жінок статевий хроматин виявляється в 20-60% ядер. Кількість грудочок статевого хроматину завжди на одиницю менше ніж число Х-хромосом. У нормі в жінок у кожному ядрі міститься одне тільце статевого хроматину. Порушення кількості Х-хромосом призводить до зміни кількості статевого хроматину: в індивідуума типу 48 (ХХХХ) їх буде три, за типу 45 (Х0) (синдром Шерешевського-Тернера) статевий хроматин відсутній.
У чоловіків з каріотипом 46 (ХY) статевого хроматину немає. За каріотипу 47 (ХХY) визначається одна грудочка статевого хроматину, в осіб з каріотипом 48 (ХХХY) – дві грудочки.
Статевий хроматин виявляється також у сегментних лейкоцитах у вигляді виросту (так звані “барабанні палички”), у вагінальному епітелії або в клітинах волосяної цибулини.
Для виявлення чоловічого Y-статевого хроматину (F-тільця) мазки фарбують акрихіном і розглядають із допомогою люмінесцентного мікроскопа. Y-хроматин – це часточка, що інтенсивно світиться, яка за величиною й інтенсивністю світіння відрізняється від інших хромоцентрів. Він виявляється в ядрах клітин чоловіків. Кількість Y-тілець відповідає числу Y-хромосом у каріотипі (Пішак В.П., Захарчук О.І., 2011).
Y-хроматин
Для виявлення чоловічого Y-статевого хроматину (F-тільця) мазки фарбують акрихіном і розглядають з допомогою люмінесцентного мікроскопа. Y-хроматин – це часточка, що інтенсивно світиться, яка за величиною й інтенсивністю світіння відрізняється від інших хромоцентрів. Він виявляється в ядрах клітин чоловіків. Кількість Y-тілець відповідає числу Y-хромосом у каріотипі.
При забарвленні ядра флуоресціюючими барвниками Y-хромосома відрізняється від інших хромосом інтенсивним світінням свого довгого плеча. Ця властивість зберігається і в інтерфазних ядрах (наприклад, у клітинах слизової оболонки рота, в клітинах волосяної цибулини, клітинах амніотичної рідини і в лейкоцитах, а також у сперміях).
Флуоресціююча світла цяточка іноді нагадує двокрапку і виявляється у великому відсотку всіх клітин з Y-хромосомою. Y-тільця мають широку варіабельність форми і компактності.
Частота Y-хроматинпозитивних ядер у клітинах слизової щоки у здорового чоловіка в середньому складає 25-50 %. Дослідження статевого хроматину дозволяє без каріологічного аналізу визначити набір статевих хромосом. Воно проводиться при масових обстеженнях населення з метою скринінгу для більш детального вивчення хромосом.
Поняття про спадкові хвороби людини
Хромосомні хвороби, механізми їх виникнення та принципи лабораторної діагностики
Хромосомні хвороби – це велика група спадкових хвороб, основою яких є хромосомні або геномні мутації.
Етіологічними чинниками хромосомної патології є всі види хромосомних мутацій і деякі геномні мутації. У людини виявлені тільки три типи геномних мутацій: тетраплоїдія, триплоїдія та анеуплоїдія.
Хромосомні хвороби поділяються залежно від типу мутацій, на синдроми, зумовлені числовими (поліплоїдії, анеуплоїдії) або структурними змінами (делеції, інверсії, транслокації, дуплікації) хромосом.
Хромосомні хвороби характеризуються множинними ураженнями без певної патогенетичної ланки.
Якщо мутація виникла в зародкових клітинах, тоді виділяють повну форму хвороби, якщо нерозходження хромосом або структурна аберація з’явилися на різних стадіях дроблення зиготи, – розвиваються мозаїчні форми.
Моногенні хвороби зумовлені дією гена, то зазнав мутації і розвиток, пов’язаний із первинним продуктом одного гена (відсутність білка, ферменту або аномальна їх будова). Розрізняють автосомно-домінантні, автосомно-рецесивні, зчеплені з Х-хромосомою хвороби. До них відносяться і спадкові порушення обміну речовин (спадкові ензимопатії).
Полігенні – це хвороби, які мають складний характер успадкування. Вони визначаються множинними генами. Свій патологічний прояв вони здійснюють у взаємодії з комплексом чинників зовнішнього середовища.
Що стосується хромосомних мутацій, то в людини виявлені всі типи. Із клініко-цитогенетичного погляду, делеція в одній із гомологічних хромосом означає нестачу ділянки або часткову моносомію цієї ділянки, а дуплікація – подвоєння або часткову трисомію. Якщо транслокація є реципрокною (взаємною) без втрати ділянок задіяних у ній хромосом, тоді вона називається збалансованою. Як й інверсія, вона не викликає патологічних ефектів у носія. Проте внаслідок кросинговеру і редукції кількості хромосом при утворенні гамет у носіїв збалансованих транслокацій та інверсій можуть утворюватися незбалансовані гамети. Транслокація між двома акроцентричними хромосомами з втратою їхніх коротких плечей призводить до утворення однієї метацентричної хромосоми замість двох акроцентричних. Такі транслокації називаються робертсоновими. Формально їх носії мають моносомію за короткими плечами двох акроцентричних хромосом. Проте такі носії здорові, тому що втрата коротких плечей двох акроцентричних хромосом компенсується роботою схожих генів в інших акроцентричних хромосомах. У носіїв робертсонових транслокацій може утворюватися 6 типів гамет, проте нулисомні гамети повинні призводити до моносомії за автосомою в зиготі, а такі зиготи не розвиваються.
Клінічна картина простих і транслокаційних форм трисомій за акроцентричними хромосомами однакова.
У випадку кінцевих розподілів в обох плечах виникає кільцева хромосома. В індивіда, що успадкував кільцеву хромосому від одного із батьків, виникає часткова моносомія за двома кінцевими ділянками хромосоми.
Іноді розрив хромосоми відбувається через центромеру. Кожне плече, роз’єднане після реплікації, має дві сестринські хроматиди, сполучені частиною центромери, що залишилася. Сестринські хроматиди того ж плеча стають плечима однієї хромосоми. З наступного мітозу хромосома починає реплікуватися і передаватися з клітини в клітину як самостійна одиниця поряд з іншим набором хромосом. Такі хромосоми називають ізохромосомами. У них схожі плечі за набором генів. Їх наявність в індивіда викликає хромосомну патологію, тому що це одночасно і часткова моносомія (за відсутнім плечем), і часткова трисомія (за наявним плечем).
Нещодавно в людини виявлене явище однобатьківських дисомій. У таких індивідів кількість хромосом за всіма парами нормальна. Проте одна пара хромосом залишається від одного з батьків. Це є наслідком того, що в процесі гаметогенезу виникла дисомія в гаметі за певною хромосомою внаслідок нерозходження хромосом при заплідненні, а це призводить до трисомії. За нез’ясованих причин третя хромосома може елімінуватися на ранніх стадіях дробіння. Якщо такою хромосомою буде хромосома з нормальної гамети, то в зародка залишаться дві хромосоми одного з батьків.
Форми хромосомної патології визначаються типом геномної або хромосомної мутацій, а також індивідуальною хромосомою. Нозологічний розподіл хромосомної патології базується на етіологічному і патогенетичному принципах: для кожної із форм хромосомної патології визначається структура, що задіяна в патологічний процес (хромосома, сегмент, ділянка), та причина генетичного порушення (нестача або надлишок генетичного матеріалу).
Основою класифікації хромосомної патології є три принципи.
Перший принцип – характеристика хромосомної або геномної мутацій конкретної хромосоми. Цей принцип можна назвати етіологічним.
Другий принцип – визначення типу клітин, в яких виникла мутація (у гаметах або зиготі). Гаметичні мутації призводять до пізніх форм хромосомних хвороб. У таких індивідів всі клітини несуть успадковану з гаметою хромосомну аномалію. Якщо хромосомна аномалія виникає в зиготі або на ранніх стадіях дробіння (такі мутації називають зиготичними на відміну від гаметичних), тоді розвивається організм із клітинами різної хромосомної конституції (два типи і більше). Такі форми хромосомних хвороб називають мозаїчними. Для виникнення мозаїчних форм, що за клінічними проявами збігаються з повними формами, необхідно мати не менше 10% клітин з аномальним набором.
Третій принцип – виявлення покоління, в якому виникла мутація: з’явилася вона заново в гаметах здорових батьків (спорадичні випадки) або батьки вже мали таку аномалію (успадковані або сімейні форми). Про хромосомні хвороби, що успадковуються, говорять тоді, коли мутація є в клітинах батька, зокрема в гонадах. Це можуть бути і випадки трисомії. Більша частина випадків хромосомних хвороб, що успадковуються, пов’язана з наявністю у здорових батьків робертсонових транслокацій, збалансованих реципрокних транслокацій та інверсій між двома хромосомами. Хромосомні аномалії, що виникли в перелічених випадках і мають клінічне значення, є наслідком складних перебудов хромосом під час мейозу (кон’югація, кросинговер).
Таким чином, для точної діагностики хромосомної хвороби необхідно визначити:
1) тип мутації;
2) задіяну в процес хромосому;
3) форму – повна або мозаїчна;
4) вид хвороби – спорадичний випадок або успадкована форма.
Хромосомні аномалії викликають порушення загального генетичного балансу, тому патологічні ефекти хромосомних і геномних мутацій виявляються на всіх стадіях онтогенезу, і, можливо, навіть на стадії гамет, впливаючи на формування наступних.
Основні ефекти хромосомних аномалій виявляються у двох взаємопов’язаних варіантах: летальності й природжених вадах розвитку. Припускають, що 30-40% запліднених яйцеклітин гине на стадії зиготи-бластоцити, тобто до імплантації. У цих випадках мова йде про різкі порушення ранніх морфогенетичних процесів, тому що порушення геномного балансу призводить до дискоординації вмикання й вимикання генів на відповідній стадії розвитку або відповідному місці бластоцисти. Загальна кількість хромосомних аномалій, що призводить до смерті у внутрішньоутробному періоді (після імплантації), становить 45%. У 2-4 – тижневих абортусів хромосомні аномалії виявляють у 60-70% випадків. У I триместрі вагітності хромосомні аномалії трапляються в 50% абортусів. У плодів-викиднів II триместру такі аномалії становлять 25-30% випадків, а в плодів, що загинули після 20 тижнів гестації, – 7% випадків.
Серед плодів, що загинули пренатально, частота хромосомних аномалій становить 6%. У цих випадках летальні ефекти є наслідком вад.
Хромосомні аномалії, що виникають у соматичних клітинах у постнатальному періоді, можуть викликати різні наслідки: залишитися нейтральними для клітини, зумовити загибель, активізувати поділ клітини, змінити функції. Хромосомні мутації виникають у соматичних клітинах постійно з частотою до 2%. У нормі такі клітини елімінуються імунною системою, проте в деяких випадках хромосомні аномалії є причиною злоякісного росту. Є докази накопичення клітин з хромосомними абераціями в процесі старіння.
При хромосомних хворобах можна виділити три типи генетичних ефектів: специфічні, напівспецифічні і неспецифічні.
Специфічні ефекти повинні бути пов’язані зі зміною кількості структурних генів, що кодують синтез білка. На даний час це положення дійсне лише для небагатьох генів і їхніх продуктів. При трисомії 21 виявлено 50% підвищення активності супероксиддисмутази (ген локалізований у хромосомі 21).
Напівспецифічні ефекти при хромосомних хворобах можуть бути зумовлені зміною кількості, генів, представлених у нормі у вигляді численних копій (гени рибосомних і транспортних РНК, гістонових білків та ін.).
Неспецифічні ефекти хромосомних аномалій пов’язують зі зміною кількості гетерохроматину в клітині. Важлива роль гетерохроматину в поділі клітин, клітинному рості та інших біологічних функціях не викликає сумніву. Таким чином, неспецифічні і частково напівспецифічні ефекти наближають до клітинних механізмів патогенезу, що відіграють важливу роль у патогенезі природжених вад розвитку.
Спільним для всіх форм хромосомних хвороб є множинні ураження. Це черепно-лицеві дизморфії, природжені вади розвитку внутрішніх і зовнішніх органів, уповільнені внутрішньоутробний і постнатальний ріст і розвиток, відставання психічного розвитку, порушення функцій нервової, ендокринної та імунної систем. Множинні природжені вади розвитку формуються в ранньому ембріогенезі.
Фенотиповий прояв хромосомних аномалій залежить від таких чинників:
1) індивідуальності задіяної в аномалію хромосоми або її ділянки (специфічний набір генів);
2) типу аномалії (трисомія, моносомія, повна, часткова);
3) розміри відсутнього (при делеції) або надлишкового (при частковій трисомії) матеріалу,
4) ступеня мозаїчності організму за аберантними клітинами;
5) генотипу організму;
6) умов середовища (внутрішньоутробна або постнатальна).
Шляхи виникнення спадкових захворювань (Пішак В.П., Захарчук О.І., 2011).
Отже, спадкові хвороби виникають у людини трьома основними шляхами:
1. Шляхом зміни кількості хромосом (анеуплоїдій):
1) в аутосомах;
2) у статевих хромосомах.
2. Шляхом структурних змін хромосом (хромосомні аберації).
3. Шляхом генних мутацій:
1) в аутосомах;
2) в статевих хромосомах.
Зміна числа хромосом в каріотипі називається геномною мутацією. Основними видами геномних мутацій є поліплоїдія та анеуплоїдія.
Поліплоїдія – це збільшенння кількості хромосом в каріотипі кратно до гаплоїдного набору (3n, 4n, 5n).
Анеуплоїдія (гетероплоїдія) – зміна кількості хромосом на величину не кратну до гаплоїдного набору хромосом (2n+1, 2n+2, 2n-1).
Різні види поліплоїдії знаходять у матеріалі спонтанних абортів. У науковій літературі описані поодинокі випадки народження мертвих або ранньої постнатальної смерті дітей з триплоїдією. Новонароджені з триплоїдним набором хромосом (3n=69) жили від 15 хвилин до 7 діб. Причиною смерті були множинні вади розвитку внутрішніх органів.
Завершити ембріональний розвиток і народитися живими (у разі геномного рівня ушкодження) можуть діти із певними видами анеуплоідії у аутосомах та статевих хромосомах.
Порушення кількості та структури хромосом зустрічаються в 1% новонароджених. Вони є причиною 45-50 % множинних вроджених вад розвитку, близько 36 % випадків розумової відсталості, 50 % первинних аменорей у жінок, 10 % безпліддя у чоловіків.
Хромосомні аберації – це зміни структури хромосом, які можуть виникати шляхами делеції (нестачі, втрати ділянки хромосом), дуплікації (подвоєння ділянки хромосом), інверсії (зміна порядку розташування генів внаслідок перекруту частини хромосоми на 180ᵒ), та шляхом транслокації (перенесення частини однієї хромосоми на негомологічну).
Генні мутації (трансгенації) обумовлені зміною структури ДНК в межах гена.
За локалізацією спадкові хвороби поділяють на аутосомні та ті, що пов’язані із змінами статевих хромосом.
Таким чином, форми хромосомної патології визначаються типом геномної або хромосомної мутацій, а також індивідуальністю хромосом. Нозологічний розподіл хромосомної патології базується на етіологічному і патогенетичному принципах: для кожної із форм хромосомної патології визначається структура, що задіяна в патологічний процес (хромосома, сегмент, ділянка), та причина генетичного порушення (нестача або надлишок генетичного матеріалу).
Спадкові хвороби, обумовлені дисбалансом хромосом
У їх виникненні лежить зміна кількості аутосом (анеуплоїдія).
Синдром Дауна характеризується каріотипом 47,XX,21+ або 47,XY,21+. Частота серед новонароджених 1:700, що складає від 5 до to 15 % хворих з розумовою відсталістю. Співвідношення хворих хлопчиків та дівчаток дорівнює 1:1. Частота захворювання дітей з синдромом Дауна залежить від віку матері. Після 35 років суттєво зростає частота народження дітей із синдромом Дауна, а у віці 45 років вона складає 1:12.
Вперше синдром Дауна був описаний у 1866 році англійським лікарем John Landon Down, але причина цього синдрому була з’ясована у 1959 Lejeune. Він констатував, що в каріотипі у цих хворих є 47 хромосом, надлишковою є мала акроцентрична хромосома в групі G (21 або 22). Завдяки появі флюоресцентного методу ідентифікації хромосом у 1971 стало можливим віддиференціювати 21 від 22 хромосоми та встановити істинний каріотип при синдромі Дауна.
Фенотипові прояви трисомії 21. Хворі з синдром Дауна мають малий череп, широке сплющене обличчя, коротку шию, широке приплюснуте перенісся, монголоїдний розріз очних щілин, епікант (складка верхньої повіки біля внутрішнього кута ока), деформовані низько розміщені вуха, короткі фаланги пальціввади серця (53,2 %), зміни дерматогліфіки ( поперечна складка на долоні, трирадіус аtd дорівнює 800), розумова відсталість.
Етіологія синдрому Дауна. Причиною синдрому Дауна є нерозходження до протилежних полюсів хромосом 21 пари в анафазі мейозу. В результаті гамети (яйцеклітина або сперматозоїд) матимуть 22 хромосоми (-21) або 24 хромосоми (+21). Коли нормальна гамета, що має 23 хромосоми зливається з гаметою з 24 (+21) хромосомами, в результаті зигота матиме 47,+21 хромосоми та може народитися дитина з синдромом Дауна (трисомія 21). При цьому частіше (у 80 %) в заплідненні бере участь жіноча яйцеклітина з 24 хромосомами, у 20 % – сперматозоїд з 24 хромосомами.
Репродуктивна здатність при синдромі Дауна описана в жінок. Чоловіки з цим синдромом є безплідними. Жінки з синдромом Дауна продукують половину нормальних яйцеклітин та половину з 24 хромосомами. Отже, ймовірність народження дітей у хворих синдромом Дауна жінок становить 50%.
Можлива транслокаційна форма синдрому Дауна (5 %). Каріотип при цьому 46,t(15q21q). У хворого диплоїдний набір хромосом, але морфологія їх порушена. Виникає ця форма, як правило, внаслідок транслокації зайвої G21 хромосоми на D15. Транслокаційна форма синдрому Дауна фенотипово не відрізняється від класичної трисомії 21. Поява даної патології не залежить від віку батьків, і батьки при цьому можуть бути фенотипово здоровими носіями транслокації (45, -21,+t(15q21q). Людина, що є носієм транслокації здатна продукувати 4 типи гамет. Внаслідок поєднання нормальної гамети може утворитися 4 типи зигот. Одна зигота не є життєздатною, з інших трьох (46,15+; 45,21-; 45,15-) одна зигота може розвинутися у транслокаійну форму синдрому Дауна (46,+t(15q21q).
За літературними даними у 1866 році англійський лікар John Landon Down виділив групу хворих з недоумством і своєрідними соматичними аномаліями, назвавши захворювання „монголоїдною ідіотією”. Проте ще в 1846 році Seguin описав пацієнтів з такими ж клінічними ознаками, назвавши хворобу „лускатою ідіотією”. Незважаючи на це, причина цього синдрому була з’ясована лише у 1959 французьким вченим Lejeune. Він констатував, що в каріотипі у цих хворих 47 хромосом, надлишковою є мала акроцентрична хромосома в групі G (21 або 22). Завдяки появі флюоресцентного методу ідентифікації хромосом у 1971 році стало можливим віддиференціювати 21 від 22 хромосоми та встановити істинний каріотип при синдромі Дауна.
Частота трисомії 21 серед новонароджених становить 1:650-1:800, у популяції – 1:4000. Це найчастіша трисомія за автосомами серед життєздатних новонароджених. Синдром Дауна складає від 5 до 15 % хворих з розумовою відсталістю. Співвідношення хворих хлопчиків та дівчаток дорівнює 1:1. Частота захворювання дітей з синдромом Дауна залежить від віку матері. У жінок після 35 років суттєво зростає частота народження дітей із трисомією 21.
За літературними даними протягом 15 років (1982-1997 роки) у зв’язку із зменшенням у 2 рази числа жінок, що народжували після 35 років, у Білорусії та Росії кількість дітей із синдромом Дауна зменшилась на 17-20 %. На частоту народження пацієнтів з трисомією 21 не впливають статеві, расові, географічні та популяційні відмінності.
Цитогенетичні варіанти синдрому Дауна різноманітні. Однак основну частку (94-95 %) складають випадки простої повної трисомії 21 як наслідок нерозходження хромосом до протилежних полюсів клітини в анафазі мейозу. Вклад материнського нерозходження в дані гаметичні форми хвороби складає 80 %, а батьківського – лише 20 %. Причина такої різниці невідома. Близько 75 % материнських нерозходжень відбуваються під час мейозу І, інша частина – під час мейозу ІІ. В результаті гамети (яйцеклітина або сперматозоїд) мають 22 хромосоми (-21) або 24 хромосоми (+21). Коли нормальна гамета, що має 23 хромосоми зливається з гаметою з 24 (+21) хромосомами, то в результаті утвориться зигота 47, +21 та може народитися дитина з синдромом Дауна. Каріотипи хворих при цьому будуть 47, ХХ, +21 або 47, ХY, +21.
Невелика кількість (біля 2 %) хворих із синдромом Дауна мають мозаїчні форми внаслідок мітотичного нерозходження хромосом після запліднення, при якому одна частина клітин організму має нормальну кількість хромосом (46), а інша – анеуплоїдну (47) . Каріотипи хворих при цьому 47, ХХ, +21/46 або 47, ХY, +21/46. Частота гонадного мозаїцизму за трисомією 21, як вважають деякі дослідники, насправді є більшою. Доступні для аналізу тканини (лімфоцити крові, фібробласти шкіри) мають низький рівень мозаїцизму, в той час як аномальна лінія присутня в гонадах. Вивчення QRQ-поліморфізму хромосом в 151 сім’ї дітей з хворобою Дауна показало, що у 8 сім’ях є гонадний мозаїцизм за трисомією 21, при цьому у всіх випадках матері були молодші 35 років. Частота носійства мозаїцизму в молодих сім’ях склала 6,5 % (8/123).
Приблизно 4 % хворих мають транслокаційну форму. У пацієнтів диплоїдний набір хромосом, але морфологія їх порушена. Виникає ця форма, як правило, внаслідок робертсонівської транслокації зайвої 21 хромосоми між акроцентриками (D/21 та G/21). 50 % транслокаційних форм успадковуються від батьків-носіїв, 50 % – це транслокації de novo. Дані хромосомні аберації можуть бути обумовлені мутагенними факторами: іонізуюча радіація, дія хімічних факторів.
Транслокаційна форма синдрому Дауна фенотипово не відрізняється від класичної трисомії 21. Поява даної патології не залежить від віку батьків, батьки при цьому можуть бути фенотипово здоровими носіями транслокації (45, -21, t(15q21q)).
Людина, що є носієм транслокації здатна продукувати 4 типи гамет. Внаслідок поєднання з ними нормальних гамет може утворитися 4 типи зигот. Одна зигота не є життєздатною, з інших трьох (46, +15; 45, -21; 45, -15) одна зигота може розвинутися у транслокаційну форму синдрому Дауна 46, t (15q21q). Отже, у осіб із збалансованою транслокацією є високий ризик народження дитини з транслокаційною формою синдрому Дауна (1:3). При нормальному каріотипі батьків ризик народження дитини з трисомією 21 відповідає простій трисомії.
На даний час виявлення часткової трисомії 21 у багатьох хворих із фенотипом синдрому Дауна показало, що всі особливості клінічного симптомокомплексу пов’язані з трисомією певного невеличкого сегмента довгого плеча хромосоми 21 – 21q22. Молекулярні дослідження спрямовані на визначення ділянки 21 хромосоми, яка б кодувала фенотипові прояви синдрому Дауна. Зокрема, встановлено, що ген DYRK в 21q відповідає за розумову відсталість. Надлишок даного гену у мишей викликає дефекти у навчанні та пам’яті. Третя копія іншого гена APP, що кодує синтез β-амілоїду, викликає прояв синдрому Альцгеймера у пацієнтів з трисомією 21 після 40 років. Якщо внаслідок мутації даний ген у хворих з синдромом Дауна відсутній, то ознаки синдрому Альцгеймера не проявляються. У 21 хромосомі також виявлений Gart-ген, який при трисомії зумовлює збільшений рівень пуринів у крові хворих що є однією з причин розумової відсталості. За результатами експресії даного гена можна контролювати появу синдрому Дауна ще в ембріональному періоді.
Комплекс вроджених вад розвитку, характерних для синдрому Дауна, обумовлює клінічну картину “всі діти з однієї сім’ї”. Вагітність, від якої народжуються хворі, часто супроводжується токсикозом, загрозою викидня. У хворих матерів буває несприятливий акушерський анамнез (викидні, мертвонароджені). Середня тривалість вагітності дещо менша від нормальної.
Хворий із синдромом Дауна 47, XY, 21+
Діти з синдромом Дауна народжуються з помірно вираженою пренатальною гіпоплазією (маса на 8-10 % нижче середніх величин). Тулуб в немовлят короткий, окружність голови в 40 % випадків не досягає 32 см. Із черепно-лицевих дизморфій відмічають брахіцефалію (81 %), плоску потилицю (78 %), сплющене обличчя, плоске перенісся (52 %), малий короткий ніс (40 %), великий складчастий язик (50 %), відкритий рот (65 %), гіпоплазію верхньої щелепи, високе піднебіння (58 %), малі низько розміщені деформовані вуха, монголоїдний розріз очей, епікант (80 %). Характерний неправильний ріст зубів, діастема, поперечна посмугованість на губах. У 68 % хворих спостерігаються плями Брушвільда (світлі плями на райдужці), у 32,2 % – помутніння кришталика. У багатьох пацієнтів з трисомією 21 є коротка шия (45 %), шкірна складка на шиї у новонароджених, широкі кисті з короткими пальцями внаслідок брахімезофалангії (70 %), клинодактилія V пальця, розширені проміжки між І та ІІ пальцями стоп. Зустрічаються і інші аномалії опорно-рухової системи: деформації грудної клітки – кілеподібна або лійкоподібна (27 %), синдактилії, вкорочення трубчастих кісток, гіпоплазія тазу, розхитаність суглобів, м’язова гіпотонія. Зріст дорослих хворих на 20 см нижче середнього, постава порушена: плечі опущені, голова і тулуб під час ходи нахилені вперед.
Для хворих із синдромом Дауна характерні такі зміни дерматогліфіки: поперечна борозда на одній або обох долонях, одна згинальна борозда на V пальці, дистальне розташування осьового трирадіуса (кут αtd дорівнює 80ᵒ), частота ульнарних петель вища, а завитків на пальцях нижча, ніж у популяції. Шкіра у пацієнтів зазвичай суха, на обличчі злущується, щоки з характерним рум’янцем.
Серед вроджених вад внутрішніх органів найчастіше зустрічаються вади серця (53,2 %), зокрема, дефект міжшлуночкової перегородки (31,4 %), дефект міжпередсердної перегородки (24,3 %), аномалії великих судин (23,1 %). У 6,6 % дітей – атрезія або стеноз дванадцятипалої кишки. Крім вроджених вад розвитку, для хворих із синдромом Дауна характерна плюригландулярна недостатність. Відмічають понижений клітинний та гуморальний імунітет, порушену репарацію ДНК, обмежені компенсаторні можливості всіх систем органів, зокрема, діти частіше хворіють інфекційними респіраторними захворюваннями. У пацієнтів з трисомією 21 ризик захворіти на лейкемію у 15-20 разів вищий, ніж у популяції. В 1960-х роках лише половина дітей з даним захворюванням жила довше, ніж 5 років. Завдяки успіхам хірургії, антибіотикотерапії на сьогодні 80 % дітей з синдромом Дауна доживає до 10 років, та біля половини хворих – до 50 років. На вірогідність синдрому Дауна у дітей вказують 4-5 симптомів, які подані нижче.
Критерії діагностики синдрому Дауна:
• Сплющення профілю обличчя 90 %.
• Відсутність рефлексу Моро 85 %.
• М’язова гіпотонія 80 %.
• Монголоїдний розріз очей 80 %.
• Надлишок шкіри на шиї 80 %.
• Гіперрухомість суглобів 80 %.
• Диспластичний таз 70 %.
• Диспластичні вуха 60 %.
• Клинодактилія мізинця 60 %.
• Чотирипальцева згинальна складка долоні 45 %.
Розумова відсталість при повній трисомії 21 виявляється майже у всіх хворих, причому в основному це олігофренія на стадії імбецильності (65-90 %). В інших хворих діагностується дебільність та ідіотія в однаковому співвідношенні. Недорозвиток інтелекту тотальний, мислення сповільнене, емоції поверхневі. Діти зазвичай ласкаві, добродушні. Середнє ІQ дітей 10 років і старших складає всього 24. При мозаїчному варіанті синдрому Дауна значно частіше зустрічається легка розумова відсталість, можливий також і нормальний інтелект. У Сполучених Штатах Америки синдром Дауна складає 10 % всіх випадків розумової відсталості. В 10 % синдром Дауна асоціюється з епілепсією. Часто у пацієнтів в дитячому віці спостерігається зменшення слуху та аномалії органів зору, зокрема, катаракта у 66 % дітей після 8 років.
Репродуктивна здатність при синдромі Дауна описана в жінок, причому у 40 % відмічають порушення овуляції. Чоловіки з цим синдромом є безплідними. Жінки з синдромом Дауна продукують половину нормальних яйцеклітин та половину з 24 хромосомами. Отже, ймовірність утворення зиготи з трисомією 21 у хворих синдромом Дауна жінок становить 50 %. Оскільки біля 75 % таких вагітностей закінчується спонтанними абортами, то ризик народити хвору дитину є менший, ніж 50 %. Трисомія 21 серед абортованих ембріонів зустрічається з частотою 1:40.
Цитогенетичне обстеження у дітей з синдром Дауна показане при підозрі на трисомію 21 та при клінічно встановленому діагнозі, оскільки цитогенетична характеристика пацієнта необхідна для прогнозу здоров’я майбутніх дітей у батьків та їх родичів. Якщо у хворого виявлений транслокаційний варіант синдрому Дауна, то обов’язково досліджують каріотип батьків. У молодих батьків, що мають дітей з хворобою Дауна, у 8 разів частіше, ніж у популяції, знайдені збалансовані хромосомні аберації (1,95 %). При транслокації типу 13/21, виявленої у батька, ризик народження хворої дитини складає 2,4 %, а в матері – близько 10 %. Якщо в одного з батьків знайдена транслокація типу 21/21, то ризик складає 100 %.
Вважається, що у 10 % матерів, які мають дітей із синдромом Дауна, зустрічається мозаїцизм. Крім підрахунку кількості хромосом, шляхом молекулярної діагностики визначають частоту носіїв мозаїцизму серед батьків дітей з трисомією 21, наявність однобатьківської дисомії хромосоми 21 та виявляють прабатьківські хромосоми у пробандів. При мозаїцизмі батьків генетичний ризик варто вважати близьким до 30 %. Даний генетичний ризик слід розцінювати як високий і подружжю рекомендують утриматися від дітонародження. При простій трисомії у віці батьків 25-35 років повторний ризик народження хворої дитини не перевищує 1 %. З віком батьків цей показник збільшується до 4,1 % .
Практика медико-генетичного консультування показала, що інвазивна пренатальна діагностика, зокрема амніоцентез, доцільна у випадках, коли ризик народження дитини не менше 1 %, є збалансовані транслокації або мозаїцизм в одного з батьків, вік матері перевищує 35 років.
Отже, у осіб із збалансованою транслокацією є високий ризик народження дитини з транслокаційною формою синдрому Дауна (1:3).
Цитогенетичний метод діагностики у хворих із синдром Дауна показаний при підозрі на трисомію 21 та при клінічно встановленому діагнозі. При транслокаційній формі синдрому Дауна потрібно досліджувати каріотипи батьків. Показами до проведення амніоцентезу є ризик народження дитини не менше 1%, збалансовані транслокації або мозаїцизм в одного з батьків, вік матері понад 35 років.
Трисомія 13 (синдром Патау) характеризується каріотипом 47,XX,13+ або 47,XY,13+. Частота становить 1:15000 новонароджених. Співвідношення хворих хлопчиків та дівчаток дорівнює 1:1. Вперше новонароджену з цим синдромом описав лікар Патау у 1960 році в результаті генетичного дослідження, проведеного у дітей з вродженими вадами розвитку.
Фенотипові прояви трисомії 13. Патау синдром характеризується множинними дефектами очей (мікрофтальмія у 70 %, анофтальмія у 26%), низько розміщеними деформованими вухами, розщелиною верхньої губи та піднебіння (звичайно двобічні).
Також відмічається полідактилія (частіше двобічна на руках), мікрогнатія (малих розмірів верхня та нижня щелепи), вади розвитку серцево-судинної системи (дефекти клапанів серця), травної системи (незавершений поворов кишківника, грижі пуповини), сечової системи (кисти нирок, стеноз і атрезія сечоводів, статевих органів (крипторхізм, подвоєння матки і піхви).
За даними дерматогліфіки спостерігається дистальний трирадіус аtd дорівнює 1080). Половина дітей помирають в перший місяць, 95 % – до року.
Етіологія синдрому Патау. Причиною синдрому Патау є нерозходження до протилежних полюсів хромосом 13 пари в анафазі мейозу. В результаті гамети (яйцеклітина або сперматозоїд) матимуть 22 хромосоми (-13) або 24 хромосоми (+13). Коли нормальна гамета, що має 23 хромосоми зливається з гаметою з 24 (+13) хромосомами, в результаті зигота матиме 47,+13 хромосоми та може народитися дитина з синдромом Патау (трисомія 13).
Синдром Патау. 47, 13+
За даними дерматогліфіки спостерігається дистальний трирадіус аtd дорівнює 1080). Половина дітей помирають в перший місяць, 95 % – до року.
Ризик народження хворих із синдромом Патау підвищується у матерів старшого віку.
Трисомія 18 (синдром Едвардса) характеризується каріотипом 47,XX,18+ або 47,XY,18+. Частота виникнення 1:5000 новонароджених. Співвідношення хворих хлопчиків та дівчаток дорівнює 1:3. Причини переважання хворих дівчаток невідомі. Вперше даний синдром був описаний Вперше данин синдром був описаний в 1960 Еdwards.
Фенотипові прояви трисомії 18. Синдром Едвардса характеризується множинними вадами розвитку мозкового черепа та обличчя, зокрема, череп довгий вузький (доліхоцефалія), низько розміщені, деформовані вуха, мала нижня щелепа та ротовий отвір (мікрогнатія), розщілина піднебіння.
Вади опорно-рухового апарату включають флексорне положення китиць (91 %), стопа-качалка (50 %) – п’ята виступає, склепіння провисає, короткі пальці, полідактилія, у 50 % шкірна синдактилія стоп. У 90 % спостерігаються вади розвитку серцево-судинної системи (дефекти міжшлуночкової перегородки, дефекти мідпередсердної перегородки). У 57 % відмічають вади сечової системи (зрощення нирок, подвоєння нирок та сечовода, киста нирок). Серед вад органів травлення (55 %) слід відзначити дивертикул Меккеля, незавершений поворот кишківника, атрезія стравоходу.
Діти з синдромом Едвардса помирають в ранньому віці (90 %) до року) від ускладнень, викликаних вродженими вадами розвитку (асфіксія, пневмонія, нишкова непрохідність, серцево-судинна недостатність).
Етіологія синдрому Едвардса. Причиною синдрому Едвардса є нерозходження до протилежних полюсів хромосом 18 пари в анафазі мейозу. В результаті гамети (яйцеклітина або сперматозоїд) матимуть 22 хромосоми (-18) або 24 хромосоми (+18). Коли нормальна гамета, що має 23 хромосоми зливається з гаметою з 24 (+18) хромосомами, в результаті зигота матиме 47,+18 хромосоми та може народитися дитина з синдромом Едвардсау (трисомія 18). Ризик народження хворих дітей підвищується у матерів старшого віку.
Структурні зміни аутосом
Синдром котячого крику характеризується каріотипом 46,XX,5p- або 46,XY,5p-. Це відкриття зробив Дж. Лежен у 1963 році. The cri-du-chat syndrome was described by Lejuene in 1963. Цитогенетично в більшості випадків спостерігається делеція з втратою від ½ до 1/3 довжини короткого плеча 5 хромосоми.
Фенотипові прояви синдрому котячого крику. Найбільш характернина ознака – «крик кішки» – обумовлена змінами гортані (звуження, м’якість хрящів, зменшеня надгортанника, незвична складчастість слизової оболонки).
Практично у всіх хворих є зміни мозкового черепа та обличчя: місяцеподібне обличчя, мікроцефалія, епікант, антимонголоїдний розріз очей, високе піднебіння, плоска спинка носа. Вушні раковини розмішені низько та деформовані. Крім того, зустрічаються вроджені вади серця та інших внутрішніх органів, опорно-рухового апарату (синдактилія стоп, косолапість). Харакрерн м’язева гіпотонія. Виразність клінічної картини в цілому та окремих ознак змінюються з віком. Так, “котячий крик”, м’язева гіпотонія, місяцеподібне обличчя з віком зникають майже повністю, а мікроцефалія є більш помітною, прогресує розумова відсталість, помітніше проявляється косоокість.
Більшість хворих помирає в перші роки, тільки 10 % досягають 10 річного віку. У всіх випадках хворим та їхнім батькам показане цитогенетичне обстеження, оскільки в одного з батьків можлива реципрокна збалансована транслокація, яка при мейозі може убумовити делецію ділянки 5p- (15,1-15,2).
Зміна кількості статевих хромосом
Синдром Шерешевського-Тернера характеризується каріотипом 45,XO. Це єдина форма моносомії, яка сумісна з життям у людини. Частота синдрому серед новонароджених дівчаток становить 1:2000. Захворювання описали М.О. Шерешевський у 1925 р. та Тернер у 1938 році.
Фенотиповиі прояви синдрому Шерешевського-Тернера. Хворіють тільки особи жіночої статі. З боку статевої системи спостерігається відсутність або недорозвинені яєчники (аплазія, гіпоплазія гонад), гіпоплазія матки та маткових труб, первинна амеорея, недорозвинені молочні залози, збільшена відстань між сосками. Хворі мають характерний вигляд: коротка шия з двобічними крилоподібними складками, у новонароджених лімфатичний набряк стоп , гомілок, китиць та передпліч. В підлітковому віці помітне відставання в рості, в розвитку вторинних статевих ознак. Для дорослих характерніа бочкоподібна грудна клітка, низький ріст волосся на шиї, вальгусна девіація колінних і ліктьових суглобів, антимонголоїдний розріз очних щілин, низьке розмішення вушних раковин. Характерний в’ялий вираз обличчя, напівопущені повіки і кути рота (“обличчя сфінкса”). Ріст жінок на 20-30 см нижче середнього. В окремих випадках зустрічаються вадисерця, ниркові аномалії. Інтелект переважно нормальний або дещо знижений. Хворі з синдромом Шерешевського-Тернера є безплідними.
Етіологія синдрому Шерешевського-Тернера.
Причиною даного захворювання є те, що в процесі мейозу в анафазі статеві хромосоми не розійшлися до протилежних полюсів клітини. В результаті утворюються яйцеклітини з 22 хромосомами (O) або 24 хромосомами (XX) та сперматозоїди з 22 (0) або 24(XX) чи 24(XY) хромосомами. Коли нормальний сперматозоїд з X-хромосомою запліднює яйцеклітину без статевої хромосоми (O)-яйцеклітина або нормальна яйцеклітина зливається із сперматозоїдом без статевої хромосоми, в результаті може утворитися зигота 45,XO, що дасть початок моносомії X.
Молекулярний аналіз також дозволив точно визначити специфічні гени, що відповідають за фенотип при синдромі Тернера. Наприклад, мутація в гені SHOX спричиняє низький зріст. Даний ген локалізований в дистальному сегменті Х-хромосоми та в короткому плечі Y-хромосоми (у псевдоаутосомному регіоні, що не зазнає Х-інактивації). Отже, даний ген зазнає нормальної транскрипції, перебуваючи у двох копіях в чоловіків та жінок. Так, як хворі з синдромом Тернера мають лише одну копію цього гена, то вони мають високу ймовірність розвитку низької статури.
На відміну від трисомій, вік матері не впливає на частоту народжених з синдромом Шерешевського-Тернера.
Оскільки хворі мають тільки одну Х-хромосому,вони є гемізиготними за Х-зчепленими генами, подібно до чоловіків. Тому такі пацієнти частіше, ніж жінки з каріотипом 46,XX хворіють захворюваннями, зчепленими з Х-хромосомою (дальтонізм та інші).
Крім каріотипування для уточнення діагнозу синдрому Шерешевського-Тернера використовуютьметод Х-статевого хроматину. Х-хроматин або тільце Барра – це спіралізована, генетично інактивована Х-хромосома. Тільце Барра розміщене в каріоплазмі біля внутрішньої ядерної мембрани. Кількість тілець Барра (n) в соматичній клітині дорівнює кількості Х-хромосом (x) мінус одна n=x-1. Хворі з синдромом Шерешевського-Тернера не містять тілець Барра в сомотичних клітинах.
Отже, діагностика синдрому Тернера ґрунтується на клінічній картині, даних каріотипування та визначенні статевого хроматину (він відсутній у хворих, на відміну від здорових жінок, де його знаходять більш ніж у 20 % соматичних клітин). При дерматогліфічному обстеженні знаходять дистальне розташування осьового трирадіуса, поперечну долонну складку, збільшення частоти візерунків у ділянці гіпотенара, високий гребневий рахунок. Лабораторні дослідження вказують на зниження рівня естрогенів в крові і сечі в середньому у 5 разів, прогестинів – у 2-3 рази при одночасному підвищенні лютропіну у 10 разів та фолітропіну – у 20 разів.
Диференціальна діагностика проводиться з синдромом Нунана, який є генокопією синдрому Тернера і успадковується за аутосомно-домінантним типом. Але синдром Нунан буває і в жінок, і в чоловіків, формування гонад та геніталій при цьому не порушені. Такі хворі плідні, аномалій каріотипу не спостерігається.
Лікування хворих з синдромом Тернера проводять в таких напрямках:
1. Для стимуляції росту призначають соматотропін.
2. У препубертатний та пубертатний періоди для фемінізації зовнішності проводять терапію естрогенами.
3. Естроген-гестагенні препарати дорослим призначають на все життя до вікової межі, коли повинен наступити фізіологічний клімакс.
4. Хірургічна корекція фізичних вад (крилоподібні складки, недорозвиток зовнішніх геніталій, видалення залишків статевого тяжа, якщо в каріотипі є Y-хромосома).
Повторний ризик народження хворої дитини з синдромом Тернера в родині при нормальному каріотипі батьків не перевищує 1 % .
Синдром трипло-Х (трисомії Х) характеризується каріотипом 47,XXX.
Серед новонароджених дівчаток частота даного синдрому становить 1:1000.
Етіологія трипло-Х синдрому. Причиною даного синдрому є нерозходження статевих хромосом протягом овогенезу або сперматогенезу. В результаті можуть утворюється два типи яйцеклітин, XX чи O, або три типи сперматозоїдів: XX, XY and O (O це відсутність X або Y хромосом). Запліднення яйцеклітини з зайвою Х-хромосомою (XX) нормальним сперматозоїдом (X) призводить до розвитку трипло-Х синдрому.
Фенотипові прояви трипло-Х синдрому. Частіше хворі з даним синдромом мають нормальний фізичний та психічний розвиток і виявляють у них цю патологія випадково при обстеженні. Це пояснюється тим, що в клітинах дві Х-хромосоми гетерохроматизовані (два тільця Барра) і лише одна, як у здорової жінки функціонує. Такі жінки, як правило, високого росту, худорляві, з нормальним або дещо зниженим інтелектом. Хворі з синдромом трипло-Х можуть народжувати дітей, хоча ризик спонтанних абортів та хромосомних порушень у нащадків підвищений. Подібно до жінок із синдромом Дауна, спостерігається порушення овогенезу. Хворі з трипло-Х синдромом продукують однакову кількість вторинних овоцитів з однією або двома Х-хромосомами. Після запліднення яйцеклітини з двома Х-хромосомами утворюються зиготи або 47,XXX або 47,XXY. В науковій літературі (Johnson V. P., Christianson C. «Clinical Genetics») описано каріотип 17 дітей, народжених від матерів з трисомією Х. Виявилося, що всі вони мали каріотипи 46,XX або 46,XY. Це можливо, так як з XXX ooцита, в результаті мейозу надлишкові Х-хромосоми переходять у полярне тільце, а яйцеклітина отримує нормальну кількість (Х) статевих хромосом.
Описані інші випадки полісомії Х, зокрема 5 жінок з каріотипом тетра-X (48.XXXX). Обстеження виявило розумову відсталість, статевий розвиток, репродуктивна здатність не порушені. Дві інші пацієнтки мали каріотип пента-X (49,XXXXX). Обоє мали розумову відсталість.
Синдром Клайнфельтера характеризується каріотипом 47,XXY. Частота даного синдрому серед новонароджених хлопчиків складає 1:500. У 1959 році, невдовзі після відкриття синдрому Дауна, Jacobs та Strong опублікували спостереження про пацієнтів з 47 хромосомами, включаючи нормальну Y chromosome. Заслугою Klinefelter є клінічне та патологоанатомічне вивчення синдрому як самостійної нозологічної одиниці. Поглиблення наукових досліджень сприяло визначенню каріотипа хворих з синдромом Клайнфельтера: 47,XXY.
Фенотипові прояви синдрому Клайнфельтера. Наявність Y-хромосоми визначає чоловічий фенотип хворих. До перілду статевого дозрівання хлопчики частіше розвиваються нормально, можлива олігофренія (відставання у психічному розвитку). Генетичний дисбаланс у зв’язку з надлишковою Х-хромосомою проявляється в період статевого дозрівання. Юнаки високого росту з непропорційно довгими кінцівками, із зниженим лібідо, гінекомастією (не завжди), гіпоплазією яєчок. Хворі безплідні внаслідок відсутності сперматозоїдів у сім’яній рідині (азоспермія, олігоспермія). Дані дерматоліфіки вказують на збільшення кута аtd. Дослідження Х-стстатевого хроматину у ядрах соматичних клітин виявляє одне тільце Барра.
Етіологія синдрому Клайнфельтера. Даний синдром є іншим прикладом нерозходження Х-хромосом в мейозі. Подібно до аутосомних трисомій, ризик народження хворих з синдромом Клайнфельтера збільшується у жінок старшого віку.
Описані випадки, коли хворі мали каріотипи 48,XXXY, 49,XXXXY. Порівняно з синдромом Клайнфельтера вони мали більш виражену розумову відсталість, недорозвинені testis та дефекти скелету. Вік батьків не впливає на частоту появи синдрому 49,XXXXY.
Синдром полісомії Y (XYY синдром) зустрічається з частотою 1:1000 середновонароджених хлопчиків. Вперше цей синдром був описаний у 1965 році Jacobs.
Фенотипові прояви синдрому полісомії Y. Чоловіки високого зросту, здатні мати нащадків. У хворих є дещо знижений інтелект. За певних умов вони схильні до агресивних, навіть, кримінальних вчинків.
Етіологія синдрому XYY.
Причиною є нерозходження статевих хромосом в другому мейотичному поділі при сперматогенезі. Частіше трапляється нерозходження статевих хромосом в ембріональномі періоді, внаслідок якого спостерігається 45,XO/47,XYY поряд з 46,XY клітинами. Якщо більшість клітин мають каріотип 47,XYY, то хворому ставлять діагноз полісомії Y. Вік батьків не впливає на частоту даного синдрому. Meiotic nondisjunction as a cause of 47,XYY necessarily occurs in the second division of the fathers.
Описані пацієнти з каріотипом 48,XYYY. В порівнянні з синдромом XYY вони були більш агресивні та мали нижчий інтелект.
У 40 хворих був визначений каріотип 48,XXYY. В загальному, їх фенотип був схожий до фенотипу при синдромі Клайнфельтера, ли були вони вищого зросту та більш агресивні. Лише один хворий був з каріотипом 49.XXXYY. У нього була розумова відсталість, високий ріст, знаяний недорозвиток статевої ситеми. Теоретично, виникнення таких каріотипів можливе внаслідок нерозходження статевих хромосом при мейозі в обох батьків, включаючи два мейотичні поділи в одного з батьків. Таке поєднання можна спостерігати дуже рідко, ембріони є життєздатними, проте мають ряд аномалій.
Отже, ступінь відхилень у розвитку організму залежить від якісної та кількісної характеристики успадкованої хромосомної аномалії. Як правило, живонародженими є діти з трисоміями за хромосомами, які багаті гетерохроматином (8; 9; 13; 18; 21).
Полісомії за статевими хромосомами мають менш виражені патологічні прояви, ніж анеуплоїдії за аутосомами. Це пояснюється тим, що Y-хромосома містить мало генів, а додаткові Х-хромосоми бувають гетерохроматизовані. Найбільш генетично виправданими є варіанти інтерсексуалізму з проміжною хромосомною статтю, прикладами яких є синдроми Тернера та Клайнфельтера.
Хромосомний мозаїцизм — це наявність у багатоклітинному організмі клітин з різним генотипом, з різною кількістю хромосом.
Нерозходження хромосом в ембріональному періоді під час мітотичного поділу зиготи призводить до утворення двох клітинних ліній (клонів), які відрізняються за кількістю хромосом. В результаті одна частина клітин організму має один хромосомнй склад, а друга – інший. Наприклад, велика кількість хворих з синдромом Шерешевського-Тернера має каріотип 45,XO/46,XX. Чим більше клітин мають набір хромосом 45,ХО, тим виразніші фенотипові прояви синдрому. Іншими прикладами подвійного мозаїцизму за статевими хромосомами є XO/XY, XO/XYY, XO/XXY, XO/XXXY, XY/XXY, XY/XXXY, XX/XY, XX/XXX та XXX/XXXX.
Також можливий мозаїцизм за аутосомами. Зокрема, 2 % хворих із синдромом Дауна мають каріотип 47,21+/46. Рідко зустрічається мозаїцизм при синдромах Едвардса та Патау.
Таким чином, для точної діагностики хромосомної хвороби необхідно визначити: 1) тип мутації; 2) задіяну в процес хромосому; 3) форму – повна чи мозаїчна; 4) вид хвороби – спорадичний випадок чи успадкована форма.
Хромосомні аномалії викликають порушення загального генетичного балансу, тому патологічні ефекти хромосомних і геномних мутацій виявляються на всіх стадіях онтогенезу і, можливо, навіть на стадії гамет, впливаючи на формування наступних. Основні ефекти хромосомних аномалій виявляються у двох взаємопов’язаних варіантах: летальності й природжених вадах розвитку. Припускають, що 30 % запліднених яйцеклітин гине на стадії зиготи-бластоцисти, тобто до імплантації. У цих випадках мова йде про різкі порушення ранніх морфо-генетичних процесів, тому що порушення геномного балансу призводить до дискоординації активації та інактивації генів у відповідній стадії розвитку або відповідному місці бластоцисти. Загальна кількість хромосомних аномалій, що призводять до смерті внутрішньоутробно (після імплантації), складає 45 %. У 2-4-тижневих абортусів хромосомні аномалії виявляють у 60-70 % випадків. У І триместрі вагітності хромосомні аномалії зустрічаються в 50 % абортусів. У шгодів-викиднів II триместру такі аномалії складають 25-30 % випадків, а у плодів, що загинули після 20 тижнів гестації, – 7 % випадків.
Серед плодів, що загинули пренатально, частота хромосомних аномалій складає 6 %. Хромосомні аномалії, що виникають у соматичних клітинах у постнатальному періоді, можуть викликати різні наслідки: залишитися нейтральними для клітини, зумовити загибель, активізувати поділ клітини, змінити її функції. Хромосомні мутації виникають у соматичних клітинах постійно з частотою до 2 %. У нормі такі клітини елімінуються імунною системою, проте в деяких випадках хромосомні аномалії є причиною злоякісного росту. Є докази накопичення клітин з хромосомними абераціями в процесі старіння.
Генні мутації передаються від покоління до покоління без змін, тоді як більшість хромосомних хвороб, особливо внаслідок порушення кількості хромосом (анеуплоїдія), взагалі не успадковуються. Інверсії, транслокації успадковуються із додатковими перекомбінаціями.
Профілактика спадкових захворювань.
Під первинною профілактикою розуміють такі заходи, які повинні запобігти зачаттю та народженню хворої дитини. Основні напрямки:
1. Охорона довкілля дозволить зменшити кількість спонтанних та індукованих мутацій (радіаційної, хімічної та біологічної природи).
2. Здоровий спосіб життя, зокрема не вживання алкоголю, зменшить кількість генеративних мутацій що призводять до неповноцінності гамет.
3. Поширення медико-генетичниз знань серед лікарів та населення дозволить вчасно діагностувати та направляти хворих у медико-генетичні консультації.
4. Заборона родинних шлюбів. В таких сім’ях частіше народжуються діти із рецесивними генними захворюваннями, оскільки більшість генів у нащадків переходить у гмозиготний стан.
5. Народжувати дітей у віці до 35 років рекомедується у зв’язку із збільшенням ризику ймовірності народженя хворої дитини у жінок з хромосомними захворюваннями, у чоловіків з деякими генними хворобами (ахондроплазія, синдром Марфана).
6. Обстеження сімей, де є народжені діти із спадковою патологією у медичних консультаціях з наступною рекомендацією щодо подальшого планування народжуваності.
7. Пренатальна діагностика спадкових захворювань шляхом УЗД, амніоцентезу, визначення концентрації а-фетопротеїну у сироватці вагітної (вона знижена в крові жінок, що виношують плід із синдромом Дауна).
8. Преімплантаційна діанностика при якій за допомогою маткового лаважа отримують ще не імплантований зародок в період 90-130 годин після запліднення. Після імплантації зародка в матку успішна вагітність можлива у 50 %.
9. Відмова від народження дитини при високому (20 %) ризику народженя хворої дитини.
Під вторинною профілактикою розуміють корекцію проявів патологічних генотипів, прагнуть при порушеному генотипі отримати нормальний фенотип. Наприклад, хворим із синдромом Шерешевського-Тернера проводять в період статевого дозрівання замісну терапію естрогенами.
