Анализ родословной

Анализ родословной включает в себя следу­ющие этапы:

1. Установление, является ли данный признак наследственным. Является ли данный признак еди­ничным или в семье имеется несколько случаев (семейный характер). Если признак в родослов­ной встречается несколько раз в разных поколе­ниях, то можно предполагать, что этот признак имеет наследственную природу.

2. Определение типа наследования признака. Для этого тщательно анализируют родословную, обращая внимание на следующие моменты:

• встречается ли изучаемый признак во всех поколениях;

• многие ли члены родословной обладают этим признаком;

• одинакова ли частота у лиц обоих полов;

• у лиц какого пола он встречается чаще;

1. • лицам какого пола передается признак от больного отца и больной матери;

• есть ли в родословной семьи, где у обоих здоровых родителей рождались больные дети;

• есть ли в родословной семьи, где у обоих больных родителей рождались здоровые дети;

• какая часть потомства имеет наследуемый признак в семьях, где болен один из родителей.

1. Характерные черты аутосомно-доминантного наследования: признак встречается в родословной часто, практически во всех поколениях с одинако­вой частотой у мальчиков и девочек. Если при­знак (болезнь) обнаруживается у одного из роди­телей, то этот признак проявится либо у полови­ны потомства, либо у всего (рис. 13.3).

Характерные черты аутосомно-рецессивного на­следования: признак встречается в родословной ред­ко, не во всех поколениях, с одинаковой частотой у мальчиков и девочек. Признак может проявиться у детей, родители которых им не обладали. Если при­знак имеет один из родителей, то он может совсем не проявиться у детей или проявиться у половины.

Характерные черты наследования, сцепленно­го с полом:

Х-доминантное наследование. Признак встреча­ется чаще у лиц женского пола. Если мать больна, а отец здоров, то передача патологического призна­ка происходит вне зависимости от пола. Если болен отец, а мать здорова, то все дочери унаследуют от отца патологический признак. Все сыновья будут здоровы (крисс-кросс наследование) (рис. 13.4).

Х-рецессивное наследование. Признак (заболе­вание) встречается чаще у лиц мужского пола. Ха­рактерен «перескок» признака через поколение. В семьях, где рба родителя здоровы, могут рождать­ся 50% больных сыновей (если мать гетерозигот­на). Лица женского пола, обладающие патологи­ческим признаком, могут рождаться только в семь­ях, где отец болен, а мать гетерозиготна (рис. 13.5).

У-сцепленное наследование. Признак встреча­ется только у лиц мужского пола. Признак пере­дается по мужской линии всем сыновьям (при пол­ной пенетрантности), это голандрический тип на­следования.

Характерные черты цитоплазматического на­следования. Признак (заболевание) встречается с одинаковой частотой у обоих полов; признак переда­ется потомкам от матери; больная мать передает признак либо всему потомству, либо только его час­ти в зависимости от попадания в зиготу аномаль­ных плазмогенов от яйцеклетки. (Пример — одна из форм несращения остистых отростков позвонков.)

Задача 3. Составьте родословную и определи­те тип наследования одной из форм глаукомы по данным анамнеза. Пробанд (мужчина) страдает глаукомой. Его два брата и две сестры, а также родители, сестра матери и трое из четырех братьев матери здоровы. Три сына и две дочери больного брата матери пробанда здоровы. Бабка пробанда со стороны матери и ее две сестры здоровы. Брат бабки болен. Из шести сыновей одной из сес­тер бабки двое больны. Вторая сестра бабки име­ет трех больных сыновей из четырех. Ее четыре доче­ри здоровы, и две из них имеют здоровых детей: одна — двух дочерей и одного сына, вторая — одного сына. Больной брат бабки имеет двух здоро­вых дочерей, одна из которых бездетна, трех здоро­вых внучек и одного здорового внука. Один его внук болен. Родители бабки пробанда здоровы, но мать бабки имеет двух больных братьев. Родите­ли прабабки пробанда здоровы.

Задача 4. Арахнодактилия (паучьи пальцы) на­следуется как доминантный аутосомный признак с пенетрантностью, равной 30%. Леворукость — рецессивный аутосомный признак с полной пенет­рантностью. Определите вероятность рождения ре­бенка с двумя аномалиями в семье, в которой оба родителя гетерозиготны по обеим парам генов.

Задача 5. Подагра является доминантным ауто-сомным признаком. По некоторым данным пенетрантность этого гена у мужчин составляет 20%, а у женщин она равна нулю. Какова вероятность заболевания подагрой в семье гетерозиготных ро­дителей? Какова вероятность заболевания подаг­рой в семье, где один из родителей, гетерозиготен, а другой нормален по анализируемому признаку?

Задача 6. По данным шведских генетиков не­которые формы шизофрении наследуются как до­минантные аутосомные признаки. При этом у гомо­зигот пенетрантность равна 100%, а у гетерозигот 20%. Определите вероятность рождения больных детей в семье, где один из супругов гетерозиготен, а другой нормален в отношении анализируемого признака.

Задача 7. Полидактилия наследуется как ауто-сомно-доминантный признак. Проследите наследо­вание этого признака в семье и подумайте, как можно объяснить наличие разного количества пальцев на руках и ногах у носителей признака.

Цифрами на схеме родословной обозначено количество пальцев на руках и ногах у страда­ющих полидактилией субъектов.

Задача 8. Напишите генотипы всех персон и укажите тип наследования пигментной ксеродер-мы согласно следующей родословной, где это забо­левание проявилось в единичном случае в браке двоюродных сибсов.

13.2. Цитогенетический метод

Основным объектом цитогенетического мето­да являются субклеточные структуры, главным об­разом, хромосомы. В настоящее время разрабо­таны методы для исследования молекулярных ме­ханизмов структурной организации хромосом, осо­бенностей их функционирования в процессе жиз­недеятельности, а также закономерностей измен­чивости и их стабильности.

Изучение хромосом человека прошло три ос­новных этапа.

Первый этап — поиск адекватных методичес­ких путей изучения морфологии хромосом, свя­зан с именами таких биологов, как М.С. Нава-Шин, П.И. Живаго, А.Г. Андерс, Г.К- Хрущев.

Второй этап — опубликование первой работы (J.Tjio, A.Levan, 1956), в которой удалось получить картину морфологии хромосом человека и точно идентифицировать их число. Началось активное изу­чение морфологии митотических и мейотических хро­мосом в норме и после воздействия мутагенов раз­личной природы (А.А. Прокофьева-Бельговская, 1969, E.Ford 1973). В 1959 г. Л ежен открыл хромосом­ную природу синдрома Дауна, а в течение последу­ющих лет были описаны и другие, наиболее часто встречающиеся хромосомные болезни. Было показа­но, что значительная часть детей с пороками разви­тия имеет хромосомные аномалии. Цитогенетика стала важной областью практической медицины.

Третий этап — начинается с разработки ме­тодов дифференциального окрашивания хромосом (B.Dutrillaux, 1975; А.Ф. Захаров, 1977). Эти мето­ды позволили идентифицировать каждую хромосо­му человека, составить для них цитологическую

карту линейной неоднородности. В последние годы разработаны ДНК-зонды, с помощью которых можно оценить наличие или отсутствие определен­ного, даже очень маленького, сегмента в хромосо­ме (см.раздел 4.4).

Изучение строения и функционирования хро­мосом человека имеет большое теоретическое и практическое значение для медицинской генети­ки. Знание того, что собой представляет каждая хромосома человека в химическом, цитологичес­ком и генетическом отношении, важно для пра­вильного понимания происхождения хромосомных нарушений и обусловленных ими отклонений.

13.2.1. Методы анализа хромосом

Хромосомные болезни клиницисты стали изу­чать еще до установления точного числа хромосом человека. Например, синдромы Клайнфельтера и Шерешевского — Тернера были описаны до откры­тия хромосомной этиологии этого синдрома. В на­стоящее время для выявления наследственной пато­логии используют метод оценки хромосомных абер­раций в лимфоцитах человека (см.раздел 12.2.3).

Препараты хромосом человека можно приго­товить из любой пролиферативно активной ткани (костного мозга, собственно соединительной ткани и др.), но чаще для этой цели используют лимфо­циты периферической крови. Кровь донора поме­щают в специальную среду, которая содержит все необходимые для роста клеток крови питательные вещества, и инкубируют в присутствии специаль­ных веществ — митогенов, которые стимулируют лимфоциты к делению. Клетки растут в культуре в течение 72 часов, за это время лимфоциты прохо­дят два митотических деления, после чего добавляют специальное вещество — колхицин. Колхи­цин ингибирует процесс формирования нитей ах-роматинового веретена, и все делящиеся клетки V останавливаются на стадии метафазы. В метафа-зе хромосомы максимально конденсированы, что позволяет хорошо их различать (см.раздел 4.4).

Обнаружение трисомии по 21-й хромосоме при синдроме Дауна Леженом в 1959 г. определило важность цитогенетики в медицине. Цитогенетичес-кая болезнь Дауна представлена двумя вариан­тами: простым (трисомным) и транслокационным. В основе болезни Дауна лежит нерасхождение по 21-й паре хромосом. Кариотип больного при три-сомном варианте содержит 47 хромосом, при этом лишней оказывается 21-я хромосома. При трансло­кационном варианте в кариотипе содержится 46 хромосом, причем в наборе имеются две нормаль­ные 21-е хромосомы, одна нормальная 15-я хромо­сома и крупная аномальная непарная хромосома, представляющая собой соединение 21-й и 15-й хро­мосом. Другой формой транслокации при болезни Дауна может быть соединение между собой двух 21-х из трех, имеющихся в клетке. Трисомный ва­риант синдрома Дауна встречается в 95% случа­ев, на транслокационные формы приходится 4% и на мозаицизм 1% случаев этого синдрома. При мозаичном варианте 46/47 (норма/трисомия) вы­раженность симптомов зависит от соотношения клеток с генотипом 46 к клеткам с генотипом 47.

Синдромы Патау и Эдварса — два других тя­желых заболевания, связанные с аутосомной анеу-плоидией. Синдром Патау возникает при трисо­мии по хромосоме 13 и встречается примерно у од­ного из 5000 новорожденных. Наиболее характер­ные признаки этого заболевания — расщепление

губы и неба («заячья губа», «волчья пасть»), микро­цефалия, полидактилия; пороки внутренних орга­нов включают — пороки сердца, гипоплазию моз­жечка, дивертикулы и др. Синдром Патау встреча­ется в двух цитогенетических вариантах — простая трисомия 13-й хромосомы и транслокация D/13. Синдром Эдварса возникает при трисомии по хро­мосоме 18. При этом синдроме нарушения нормаль­ного развития затрагивают практически все систе­мы органов. Частота синдрома среди новорожден­ных составляет около 1 на 10000. Среди заболева­ний человека, сопровождающихся хромосомными нарушениями, особое место занимают злокачест­венные образования (см.главу 16). В 1960 г. амери­канскими исследователями П.Ноуэллом и Д.Хангерфордом было обнаружено у больных хроничес­ким миелолейкозом специфическое хромосомное нарушение — деления хромосомы 22 (рис.13.6). В честь города, где было сделано это открытие, делитированная хромосома была названа «филадель­фийской» и сокращенно обозначается символом «Ph¹». По данным многих авторов, Ph'-хромосома встречается в клетках костного мозга в 80—100% метафаз у большинства больных хроническим мие­лолейкозом в любой фазе заболевания. Ph'-хромо­сома присутствует у больных лишь в миелоидных тканях, она очень редко обнаруживается в клетках других тканей — в культуре кожных фибробластов, в культуре лимфоцитов периферической крови.

В последние годы разработан метод цитогенетического анализа хромосом сперматозоидов челове­ка. Сперматозоиды — высокодифференцированные клетки (не способные к делению), содержащие гап­лоидный набор хромосом. Однако их генетический материал может удваиваться и вступает в митоз после оплодотворения. Для этой цели у самки золо­тистого хомячка вызывают суперовуляцию (с по­мощью гормонов), затем отбирают ооциты и соеди­няют со спермой человека. Сперматозоиды оплодо­творяют яйцеклетки хомячка, образуется химера: человек + хомяк. Образовавшаяся зигота начина­ет делиться, однако эти деления различных видо­вых организмов несбалансированны, и через не­сколько часов такая химера погибает. Процесс оп­лодотворения стимулирует сперматозоиды к деле­нию, и этих первых делений достаточно, чтобы на­копилось определенное число митотических клеток.

На приготовленном препарате можно легко различить хромосомы человека и хромосомы золо­тистого хомячка. Хромосомный анализ сперматозо­идов человека проводят с целью оценки генетичес­кой стабильности хромосомы, в случаях контакта с мутагенами и для выявления мужского бесплодия.

13.2.2. Половой хроматин

Цитогенетический метод позволяет определять половой хроматин.

В клетках мужского организма Х-хромосома всегда выполняет активную функцию, у женщин одна Х-хромосома играет важную роль и опреде­ляет развитие женского пола, а вторая находится в неактивном, спирализованном состоянии (тельце Барра). Тельце Барра представляет собой малень­кую хорошо окрашивающуюся структуру на внут­ренней поверхности ядерной мембраны соматичес­ких клеток женщин (рис. 13.7).

Присутствие Х-хроматина в норме у женщин связано с инактивацией одной из двух Х-хромосом (рис.13.8). При любом числе хромосом в активном состоянии всегда будет только одна, другие будут образовывать тельце Барра. Следовательно, поло­вой хроматин в норме выявляется только у жен­щин и отсутствует у мужчин. У женщин с кариотипом 47, XXX обнаруживаются два тельца Барра, с кариотипом 48, ХХХХ — три, а с кариотипом 45, ХО — ни одного. У мужчин с кариотипом ХХУ — одно, ХХХУ — два, ХХХХУ — три тельца Барра.

Определение Х-полового хроматина у плода помогает своевременно определить его пол. Это бы­вает важно для решения вопроса о дальнейшей его судьбе при диагностике наследственных забо­леваний, связанных с анеуплоидиями по половым хромосомам.