Медико-генетические методы исследования

Наследственные болезни нервной системы важно отличать от их фенокопий, обусловленных воздействием экзогенных вредоносных факторов. Генетические методы исследования позволяют подтвердить или отвергнуть наследственную природу заболевания, определяют проведение терапевтических мероприятий. Помимо специальных генетических методов исследования (изучение генеалогических таблиц, близнецовый, цитогенетические, биохимические методы исследования), установлению диагноза наследственных заболеваний помогают клиническое исследование (в частности, выявление дизэмбриогенетических стигм) и некоторые параклинические методы. Так, проведение электроэнцефалографии одновременно больному ребенку и его здоровым родителям и родственникам в ряде случаев способствует установлению наследственного характера эпилептиформного синдрома. Проведение классической электродиагностики, хронаксиметрии, электромиографии может помочь при дифференциальной диагностике наследственных заболеваний и их фенокопий.

Составление и клинико-генетический анализ генеалогических таблиц. Составление родословных таблиц является важным методом изучения больных с наследственными заболеваниями нервной системы. Для условного обозначения больных, их родственников, предков и потомства используют условные знаки. Мужчин обозначают квадратами, женщин — кружками. Муж и жена — квадрат и кружок, соединенные горизонтальной прямой. От этой прямой перпендикулярно вниз направляется соединительная линия к детям, обозначения которых располагаются в возрастном порядке: старшие слева, младшие справа. Обозначения двоюродных братьев и сестер помещают на одной горизонтальной линии, так как они относятся к одному поколению (рис. 72).

 

 

Рис. 72. Условные обозначения при составлении родословных.

1 — женский пол; 2 — мужской пол; 3 — больные; 4 — супруги; 5 — внебрачная связь; 6 — дважды женатый; 7 — дети; 8 — монозиготные близнецы; 9 — дизиготные близнецы; 10 — интерсекс; 11 — пол не выяснен; 12 — ребенок с уродствами; 13 — больной с абортивной формой заболевания; 14 — пробанд; 15 — фенотипически здоровый носитель рецессивного признака; 16 — предполагаемый носитель рецессивного признака; 17 — непроверенные данные об аномалии; 18 — умер в раннем детстве; 19 — умер в возрасте до года; 20 — выкидыш, мертворожденный; 21 — условные буквенные обозначения болезней, например: Э — эпилепсия, П — полидактилия и т. д.

Заболевания отмечают условным знаком или начальной буквой названия болезни. Специальные обозначения имеются для записи умерших детей, мертворожденных, медицинских и самопроизвольных абортов и т. д.

Анализ составленной генеалогической таблицы позволяет установить тип наследования заболевания или патологического признака. Установление типа наследования иногда является решающим в диагностике некоторых заболеваний со сходными клиническими проявлениями, помогает определить прогноз и терапевтическую тактику.

 

 

Рис. 73. Генотипические и фенотипические варианты при разных типах наследования.

А. Генотипические и фенотипические варианты при аутосомно-доминантном (1) и аутосомно-рецессивном (2) типе наследования. Красным цветом обозначен мутантный ген, заглавной буквой — доминантный аллель. Красный квадрат — аномальный фенотип.

Б. Генотипические и фенотипические варианты при наследовании, сцепленном с Х-хромосомой (рецессивная мутация в Х-хромосоме). Красным цветом обозначена Х-хромосома с мутантным геном. Красный квадрат — аномальный фенотип.

Повторение заболевания в каждом поколении, когда у больного родителя рождается ребенок с тем же заболеванием, чаще всего указывает на доминантный тип наследования. При рецессивном типе наследования заболевание проявляется обычно у детей, родившихся от здоровых родителей, при этом аналогичное заболевание иногда можно выявить среди родственников по боковым линиям (двоюродные братья и сестры, дяди, тети, племянники).

Некоторые заболевания передаются по рецессивному типу, сцепленному с Х-хромосомой.

Доминантный или рецессивный тип наследования определяется доминантностью или рецессивностью гена, обусловливающего признак или болезнь.

Как известно, ребенок половину своего 46-хромосомного набора получает от матери, половину — от отца. Каждый ген в материнских 23 хромосомах имеет свой аллель, т. е. пару, парный ген в 23 хромосомах, полученных от отца. Нормальная функция может обеспечиваться наличием даже одного из аллельных генов. В случае мутации одного из аллельных генов (рецессивной) другой (доминантный) ген полностью или почти полностью компенсирует функцию мутантного. Поэтому клиническое проявление рецессивной мутации гена возможно лишь тогда, когда идентичная мутация имеет место в обоих аллельных генах, внесенных в генотип ребенка и отцом, и матерью (рис. 73).

При аутосомно-рецессивном типе наследования оба родителя больного ребенка должны иметь по одному мутантному рецессивному из двух аллельных генов (гетерозиготное состояние). Родители при этом практически здоровы. Половина половых клеток каждого родителя будет нести мутантный ген, половина — немутантный. При слиянии половых клеток возможны четыре варианта: а) оба гена мутантны — ребенок болен (гомозиготное состояние); б) оба гена немутантны — ребенок здоров; в) мутантный ген матери плюс немутантный ген отца — ребенок здоров, но является гетерозиготным носителем; г) мутантный ген отца плюс немутантный ген матери — тот же результат, что и в предыдущем варианте. В итоге при аутосомно-рецессивном типе наследования 25% детей больны, 25% здоровы и 50% (25% +25%) также здоровы, но являются гетерозиготными носителями мутантного гена, так же, как и их родители. Указанные соотношения выявляются лишь при большом числе детей в семье.

Рецессивные гены, расположенные в аутосоме, могут обусловить псевдодоминантный тип наследования, наблюдающийся в том случае, если один из родителей — гетерозиготный носитель, а другой болен, т. е. имеет мутацию обоих аллельных генов. Каждая половая клетка больного родителя имеет мутантный ген. Поэтому в 50% вероятно рождение больного ребенка, в 50% — клинически здорового гетерозиготного носителя. Повторение заболевания в поколениях создает ложную видимость доминантности наследования.

Рис. 74. Генотипические варианты при нерасхождении половых хромосом. Таблица генотипических вариантов в норме и при нерасхождении половых хромосом. Половой хроматин в норме и при нерасхождении половых хромосом (схема).

Рецессивный мутантный ген, расположенный в женской половой хромосоме, обусловливает рецессивный тип наследования, сцепленный с Х-хромосомой (рис. 74). Женщины, как правило, не заболевают, так как при наличии у них мутантного гена в одной Х-хромосоме вторая Х-хромосома с немутантным аллельным геном обеспечивает сохранение нормальных функций. Женщина является при этом гетерозиготным носителем, половина ее половых клеток будет иметь Х-хромосому с мутантным геном. При встрече со сперматозоидом, несущим Х-хромосому, такая половая клетка даст начало развитию женского организма — гетерозиготного носителя. При встрече ее со сперматозоидом, несущим Y-хромосому, рождается больной мальчик, так как в его Y-хромосоме нет гена, аллельного мутантному гену Х-хромосомы. При браке больного мужчины, например больного гемофилией, со здоровой женщиной все мальчики в его семье родятся здоровыми, так как получили от больного отца «здоровую» Y-хромосому, а девочки — гетерозиготными носителями («кондукторами»).

При браке здорового мужчины с женщиной-«кондуктором» мальчики родятся больными лишь в половине случаев, девочки будут гетерозиготными носителями также лишь в половине случаев.

Доминантный тип наследования наблюдается при доминантности мутантного гена. Гетерозиготный носитель доминантного мутантного гена имеет клинические проявления. При браке больного со здоровым партнером половина детей получает доминантный мутантный ген и заболевает, другая половина детей здорова. Необходимо отметить, что доминантный ген может обладать различной проявляемостью, пенетрантностью. Пенетрантность определяется количеством больных из общего числа детей, получивших данный мутантный ген (в процентах).

Знание законов наследования и типа наследования того или иного заболевания нервной системы позволяет предсказать вероятность рождения больного ребенка, прогнозировать потомство. На этом основана работа медико-генетических консультаций.

Важно, однако, помнить, что наличие повторных заболеваний в родословной еще не доказывает их наследственной природы. Описаны случаи, когда повторное возникновение в семье одного и того же заболевания связано с постоянным действием на всех членов семьи какого-либо экзогенного фактора (например, случаи эпилепсии у родственников, зараженных эхинококком, с внутримозговыми кистами).

Различные наследственные заболевания нервной системы могут отличаться особенностями типа наследования. Например, болезнь Шарко — Мари наследуется по доминантному типу, миопатия Дюшенна передается по рецессивному сцепленному с X-хромосомой типу. Наследственные заболевания нервной системы иногда имеют различную выраженность; наряду с развернутой клинической картиной наблюдаются абортивные, стертые формы. Это может объясняться неодинаковой экспрессивностью гена в различных генотипах и неоднородных условиях существования индивидуального организма. Поэтому при анализе родословных важно учитывать родственников с микросимптомами заболевания. Иногда правильное составление генеалогических таблиц возможно только после всестороннего обследования (клинического и параклинического) родственников больного.

Большое значение придается близнецовому методу исследования, основанному на том, что монозиготные близнецы более конкордантны по наследственным заболеваниям, чем дизиготные. Близнецовый метод применяется не только с целью диагностики и прогнозирования заболевания у одного из близнецов, но и для выяснения роли наследственных факторов в патогенезе заболеваний нервной системы (путем сопоставления конкордантности моно- и дизиготных близнецовых пар).

Дерматоглифика — изучение отпечатков кожного рисунка ладоней и стоп. При существующих индивидуальных различиях в отпечатках пальцев, обусловленных особенностями развития индивида, различают несколько основных их классов. Своеобразные изменения отпечатков пальцев и узора ладони отмечены при ряде наследственно-дегенеративных заболеваний нервной системы. Для болезни Дауна характерна поперечная (четырехпалая) борозда, представляющая линию, проходящую через всю ладонь в поперечном направлении. Меняется угол atd: у большинства больных болезнью Дауна угол превышает 57°. Аналогичные особенности могут наблюдаться у родственников больных. На мизинце вместо двух поперечных складок отмечается одна складка.

 

Рис. 75. Нормальный кариотип мужчины (А) и женщины (Б).

Дерматоглифику используют также для установления моно- или дизиготной близнецовости.

Кариологические методы исследования включают изучение хромосомного набора (анализ кариотипа) и интерфазных ядер соматических клеток.

Изучение хромосомного набора проводится чаще всего на материале культуры лимфоцитов периферической крови. Изучение кариотипа возможно лишь на стадии метафазы клеточного деления. Однако в норме лимфоциты не делятся, поэтому при культивировании крови используют митогены, стимулирующие деление препарата (например, фитогемагглютинин). Для накопления клеток на стадии метафазы применяют блокирующие эту стадию вещества (колхицин и др.).

Анализ хромосом проводят на, основании их размеров и формы, а также выявляемой специальными методами окрашивания продольной дифференцированности хромосом. Для описания кариотипа пользуются специально разработанной символикой (Парижская номенклатура).

Аномалии кариотипа можно разделить на две основные группы: нарушения числа хромосом (анеуплоидии) и нарушения структуры отдельных хромосом (перестройки).

В норме кариотип человека состоит из 22 пар аутосом и пары половых хромосом - двух Х-хромосом у женщины и одной Х-хромосомы и одной Y-хромосомы у мужчины (рис. 75). При образовании гамет каждая из них получает по 22 аутосомы и по одной половой хромосоме. Слияние гамет восстанавливает нормальный диплоидный набор хромосом. В результате нарушения расхождения хромосом в гаметогенезе образуются несбалансированные хромосомные наборы, в которых имеется лишняя хромосома или недостает хромосомы. Это приводит к развитию соответствующих синдромов или вообще несовместимо с жизнью.

При хромосомных перестройках может изменяться количество генетического материала, что вызывает развитие различных хромосомных синдромов (в настоящее время их описано около 40). Среди нарушений нормальной структуры хромосом различают делеции, дупликации, инсерции, транслокации, инверсии и т. д.

Делецией называется утрата участка хромосомы. Обыкновенно это является следствием одного разрыва в плече хромосомы с потерей дистального участка. Примером делеционного синдрома является синдром кошачьего крика.

Инверсии и транслокации являются результатом двух хромосомных разрывов. Инверсия — изменение последовательности участков хромосомы — образуется вследствие двух разрывов в пределах одной хромосомы и поворота находящегося между точками разрывов участка на 180°. Не содержащий центромеры центральный участок может быть и утерян, что приводит к образованию интерстициальной делеции. Осуществление двух разрывов в двух разных хромосомах может сопровождаться транслокацией хромосом участками. Как инверсии, так и транслокации не ведут к потере или приобретению генетического материала, а поэтому мало влияют на фенотип носителя этих перестроек. Однако наличие таких перестроек у родителя часто вызывает появление у детей несбалансированных хромосомных наборов (с делениями и дупликациями — удвоением отдельных участков хромосомы). И около половины обнаруженных случаев хромосомных аномалий является следствием хромосомных перестроек у родителей.

Хромосомная аномалия может и не быть унаследованной, но может возникнуть в какой-то момент эмбриогенеза. В таком случае она обнаруживается лишь в части клеток (мозаицизм).

Половой хроматин в отличие от хромосом изучается в интерфазных ядрах соматических клеток, что не требует их предварительного культивирования. Различают Х-половой хроматин (тельца Барра) и Y-половой хроматин.

Х-половой хроматин представляет собой инактивированную Х-хромосому. Независимо от числа Х-хромосом в клетке активно функционирует лишь одна из них, а остальные конденсируются в тельца Барра — маленькие плотно окрашивающиеся глыбки, расположенные около ядерной мембраны. При нарушении числа Х-хромосом число телец Барра изменяется, но максимальное число их на единицу меньше числа имеющихся в клетке Х-хромосом. Поэтому в норме у мужчин эти тельца практически не обнаруживаются, а у женщин в той или иной части клеток (в зависимости от типа ткани и физиологических особенностей организма) выявляется единственное тельце Барра.

При окрашивании интерфазных ядер некоторыми флюорохромами (например, акрихином и многими его производными) можно выявить Y-половой хроматин — ярко светящееся пятно в ядре. В зависимости от типа ткани и физиологических особенностей организма частота обнаружения Y-хроматина несколько варьирует, однако максимальное число таких пятен равно числу Y-хромосом (0 — у женщин, 1 — у мужчин, 2 — при синдроме XYY).

Поскольку анализ полового хроматина прост и не требует культивирования клеток (обычно анализируется соскоб эпителия слизистой оболочки щеки), этот метод широко используется для экспресс-диагностики при подозрении на аномалии половых хромосом. Хромосомный анализ более трудоемок, позволяет получить значительно больше информации и является важным этапом при диагностике ряда врожденных и наследственных синдромов.