Choroby genetyczne - rodzaje, dziedziczenie

Nie od dziś wiadomo, że dzieci są podobne do swoich rodziców czy dziadków, ale mówiąc o tym mamy na myśli głównie cechy wyglądu takie jak kolor włosów, oczu czy wzrost. Niestety tak samo jak wygląd, dziedziczone są również wady, prowadzące do powstawania chorób genetycznych. Jednostką dziedziczenia, która odpowiada za przekazywanie danej cechy następnym pokoleniom jest gen, a nauka badająca zjawisko dziedziczenia nazywana jest genetyką, zaś obecność tych chorób można zdiagnozować za pomocą badań genetycznych.

Sprawdź dostępne badania genetyczne ❱

Choroby genetyczne możemy podzielić na trzy główne grupy:

• choroby jednogenowe,
• zespoły aberracji chromosomowych,
• choroby wieloczynnikowe.

Choroby genetyczne jednogenowe

Choroby genetyczne, spowodowane zmianami pojedynczych genów, występują u ok. 2,5% populacji. Wyrożnia się następujące typy dziedziczenia jednogenowego:

• autosomalny dominujący
• autosomalny recesywny
• sprzężony z chromosomami płciowymi

Dziedziczenie autosomalne dominujące

To sposób dziedziczenia, w którym cecha dziedziczona jest w sprzężeniu z chromosomami autosomalnymi - innymi niż chromosomy płci. Materiał genetyczny zdrowego człowieka zawarty jest w 23 parach chromosomów (łącznie więc chromosomów jest 46), z których 22 pary to chromosomy autosomalne a 1 para to chromosomy płci (XX w przypadku kobiet i XY w przypadku mężczyzn). Choroba genetyczna dziedziczona w sposób autosomalny dominujący ujawnia się już u heterozygot, czyli osobników, które w swoim genotypie zawierają różne allele (wersje) tego samego genu - Aa. W genotypie homozygot natomiast obecne są te same allele jednego genu i wyróżnia się homozygoty dominujące (AA) oraz recesywne (aa). W przypadku dziedziczenia autosomalnego dominującego stan homozygotyczności (AA) występuje bardzo rzadko, ponieważ jest on najczęściej śmiertelny lub choroba ma bardzo ciężki przebieg.

Na skutek związku heterozygoty (Aa) z osobą zdrową (aa) istnieje 50% szans, że potomstwo będzie chore i 50% szans, że potomstwo będzie zdrowe. Jeżeli oboje rodzice są heterozygotami (Aa), to istnieje 75% szans, że potomstwo zachoruje i 25% szans, że dzieci będą zdrowe (taki układ pary rodzicielskiej występuje jednak bardzo rzadko). Choroba genetyczna dziedziczona w sposób autosomalny dominujący występuję z taką samą częstością u obu płci, a więc ryzyko zachorowania jest takie samo zarówno dla kobiet, jak i dla mężczyzn. Występowanie takiej choroby może być także wynikiem mutacji de novo - kiedy gen zostanie uszkodzony w gametach u rodziców. W takim przypadku ryzyko wystąpienia choroby u rodzeństwa osoby chorej jest bardzo małe.

Choroby genetyczne autosomalne dominujące - przykłady:

• zespół Marfana (spowodowany mutacją genu FBN1, polegający na zaburzeniu biosyntezy składników tkanki łącznej),
• choroba Huntingtona (spowodowaną mutacją genu IT-15, jest to choroba zwyrodnieniowa ośrodkowego układu nerwowego),
• hipercholesterolemia rodzinna (spowodowaną mutacją w genie LDLR, objawiającą się między innymi podwyższonym poziomem we krwi triglicerydów czy cholesterolu LDL),
• achondroplazja (spowodowaną mutacją w genie FGFR3 - jest to jedna z najczęściej występujących postaci niskorosłości u ludzi).

Dziedziczenie autosomalne recesywne

Choroby genetyczne dziedziczone w sposób autosomalny recesywny powstają na skutek mutacji genów kontrolujących syntezę białek enzymatycznych, co powoduje zaburzenia metaboliczne, a w konsekwencji zaburzenia procesów życiowych. Taka choroba genetyczna ujawnia się wyłącznie u homozygot recesywnych (aa), heterozygoty (Aa) natomiast są jedynie nosicielami zmutowanego genu i nie chorują. Ze związku dwóch heterozygot 25% potomstwa będzie zdrowe (AA), 25% będzie chore (aa), natomiast 50% potomstwa to nosiciele choroby (Aa). Choroba występuje u obu płci z jednakową częstością, głównie u jednego lub kilku członków rodzeństwa, ale nie we wcześniejszych pokoleniach. Częstość występowania chorób dziedziczonych w sposób autosomalny recesywny jest większa w małżeństwach spokrewnionych.

Do chorób genetycznych dziedziczonych autosomalnie recesywnie zalicza się:

• mukowiscydozę (spowodowaną mutacjami w genie CFTR, które prowadzą do zaburzenia wydzielania przez gruczoły zewnątrzwydzielnicze),
• fenyloketonurię (wrodzoną chorobę metaboliczną spowodowaną mutacjami w genie PAH, w przebiegu której dochodzi do kumulacji aminokwasu fenyloalaniny we krwi i płynach ustrojowych),
• homocystynurię (zaburzenie metabolizmu aminokwasu homocysteiny na skutek mutacji w genie CBS, następstwem czego jest wzrost stężenia tego związku w surowicy krwi),
• hemochromatozę (chorobę metaboliczną wątroby spowodowaną mutacjami w genie HFE),
• nietolerancję laktozy (związaną z mutacją w genie LCT).

Najczęstsze wrodzone choroby metaboliczne można wykryć jeszcze we wczesnym dzieciństwie za pomocą testu NOVA. Badanie to pozwala wykryć aż 87 chorób genetycznych.

Dziedziczenie recesywne sprzężone z chromosomem X

Sprzężenie z chromosomem X oznacza cechę, która jest uwarunkowana genem dominującym lub recesywnym, zlokalizowanym na chromosomie X. Kobiety posiadają dwa chromosomy X (jeden pochodzący od matki, a drugi od ojca), z których tylko jeden jest aktywny genetycznie. Mężczyzna natomiast ma tylko jeden chromosom X i tylko jedną kopię każdego sprzężonego z chromosomem X genu, dlatego też chromosom ten (niezależnie, czy zlokalizowane na nim allele genów są prawidłowe czy zmutowane) pozostaje aktywny w każdej komórce.

Choroba genetyczna dziedzicząca się w sposób recesywny sprzężony z chromosomem X występuje głównie u mężczyzn, natomiast heterozygotyczne kobiety ze zmutowanym genem są nosicielkami i nie chorują. Kobiety chorują tylko w przypadku, gdy oba chromosomy X w ich materiale genetycznym mają zmutowany gen, taki układ występuje jednak bardzo rzadko. Kobiety, które są nosicielkami zmutowanego genu, przekazują go z 50% prawdopodobieństwem zarówno córkom, jak i synom. Chory mężczyzna nie przekazuje zaś choroby synom (ponieważ otrzymują oni od niego chromosom Y, a chromosom X od matki), natomiast wszystkie jego córki będą nosicielkami choroby.

Wśród chorób genetycznych dziedziczonych w sposób recesywny sprzężony z chromosomem X należy wyróżnić:

• hemofilię A (spowodowaną mutacją w genie F8C),
• hemofilię B (spowodowaną mutacją w genie F9, które należą do zaburzeń krzepnięcia krwi występujących najczęściej,
• dystrofia mięśniowa Duchenne’a (spowodowana mutacjami w genie dystrofiny DMD, najczęstsza i najcięższa z postaci dystrofii mięśniowych).

Dziedziczenie dominujące sprzężone z chromosomem X

W przypadku chorób genetycznych dziedziczonych w sposób dominujący sprzężony z chromosomem X chorują zarówno mężczyźni, jak i kobiety heterozygoty. Heterozygotyczne kobiety posiadające wadliwy gen mają zazwyczaj łagodną postać choroby, a mężczyźni ciężką (patologiczny, dominujący gen na chromosomie X u mężczyzn jest często śmiertelny). Heterozygotyczne chore kobiety przekazują uszkodzony gen z 50% prawdopodobieństwem zarówno synom, jak i córkom. Chory mężczyzna natomiast nie przekazuje choroby synom, ale wszystkie jego córki będą chore.

Do chorób genetycznych dziedziczących się w taki sposób zalicza się

• zespół Blocha-Sulzbergera (jego przyczyną jest mutacja w genie NEMO, nazywany jest także zespołem nietrzymania barwnika),
• krzywicę hipofosfatemiczną sprzężoną z chromosomem X (spowodowaną mutacją genu PHEX i jest najczęstszą postacią krzywicy opornej na witaminę D),
• zespół Retta (spowodowany mutacjami genu MECP2, jest to postępujące zaburzenie neurorozwojowe i jedna z najczęstszych przyczyn upośledzenia umysłowego u dziewczynek).

Najważniejszym elementem diagnostyki chorób o podłożu genetycznym jest przeprowadzenie badań genetycznych, które ostatecznie potwierdzą obecność mutacji w danym genie. Test DNA warto przeprowadzić również w celu określenia ryzyka przekazania danej mutacji potomstwu - jest to szczególnie ważne w przypadku chorób genetycznych dziedziczonych w sposób autosomalny recesywny, ponieważ zdrowi rodzice mogą okazać się nosicielami takich chorób, a wtedy istnieje 25% szans, że potomstwo będzie chore.Wykonanie badania genetycznego jest proste - polega na pobraniu od osoby badanej niewielkiej ilości materiału biologicznego (najczęściej krwi). Z niej następnie izolowany jest DNA, który poddaje się analizie laboratoryjnej przy pomocy takich technik jak sekwencjonowanie.

Zespoły aberracji chromosomowych

Aberracją chomosomową nazywamy zaburzenie związane ze zmianą liczby bądź struktury choromosomów w komórce. Chromosomy to elementy złożone z materiału genetycznego (DNA), znajdujące się w jądrach komórkowych. Ze względu na funkcję jaką pełnią możemy podzielić je na allosomy - odpowiedzialne za dziedziczenie cech sprzężonych z płcią (również za determinację płci) oraz autosomy - pozostałe chromosomy, odpowiadające za dziedziczenie cech niezwiązanych z płcią. U ludzi zdrowych występuje 22 par autosomów oraz jedna para chromosomów płci, a zaburzenia ich liczby i struktury prowadzą do schorzeń genetycznych.

Zaburzenia spowodowane zmianą w liczbie chromosomów autosomalnych

Zaburzenia te są na ogół letalne (prowadzą do obumarcia płodu i poronienia). Istnieją jednak pewne wyjątki, wśród których dominują trisomie, polegające na występowaniu w komórce trzech chromosomów homologicznych zamiast dwóch. Można tu wymienić takie choroby jak: zespół Downa (trisomia 21 chromosomu), zespół Pataua (trisomia 13 chromosomu), czy zespół Edwardsa (trisomia 18 chromosomu).

Zaburzenia spowodowane zmianą w liczbie chromosomów płci

Często nie dają istotnych nieprawidłowości. Przykładem może być występowanie:

• Dodatkowy chromosom Y u mężczyzn (YYX - “supersamiec”), objawiające się wysokim wzrostem oraz nadpobudliwością.
• Trisomia chromosom X u kobiet (XXX - “supersamica”), która powoduje uwydatnienie cech płciowych i niską inteligencję.
• Zespół Turnera - przyczyną jest występowanie tylko jednego chromosomu X (monosomia, X0). Osoby dotkniętę tą przypadłością mają niski wzrost, liczne znamiona barwnikowe na ciele, szeroki kark. Nie rozwijąją sie u nich drugorzędowe cechy płciowe takie jak owłosienie łonowe, czy piersi, są to osoby bezpłodne.
• Zespół Klinefeltera - związany jest z występowaniem u mężczyzn dodatkowego chromosomu X ( XXY), co powoduje wydłużenie kończyn, niedorozwój drugorzędowych cech płciowych oraz bezpłodność. Chorobę tę można leczyć poprzez dożylne podawanie testosteronu od 12 roku życia.

Zmiany w strukturze chromosomów

Są wynikiem pęknięć chromosomów i połączenia pękniętych fragmentów w złej kolejności, wynikiem czego jest zmiana składu nukleotydowego DNA. Podczas tego procesu mogą zdarzyć się takie zaburzenia jak:

• delecja, czyli utrata fragmentu chromosomu, będąca przyczyną powstania m.in. zespołu kociego krzyku (delecja w obrębie chromosomu 5), zespołu Wolfa-Hirschhorna (delecja w obrębie chromosomu 4), zespołu Angelmana (delecja w obrębie chromosomu 15), zespołu Pradera-Willego (również delecja w obrębie chromosomu 15) oraz zespołu Williamsa (delecja w obrębie chromosomu 7)
• duplikacja, czyli podwojenie fragmentu chromosomu w wyniku błedów w procesie replikacji
  
• translokacja - przeniesienie fragmentu jednego chromosomu na inny, nie będący jego odpowiednikiem (tzw. chromosom niehomologiczny). Wystąpienie tego rodzaju mutacji obserwuje się wśród chorób nowotworowych takich jak białaczki, chłoniaki oraz mięsaki
  

Na wykrycie obecności aberracji chromosomowych pozwala badanie kariotypu, polegające na ocenie ilości i struktury wszystkich chromosomów - zlecane jest ono w przypadku występowania objawów sugerujących dane schorzenie, jest również jednym z podstawowych badań genetycznych na niepłodność. Ponadto, aberracje chromosomowe można wykryć również u płodu dzięki diagnostyce prenatalnej - do takich badań zalicza się m.in. USG, nieinwazyjne badanie genetyczne (np. test Harmony), amniopunkcję (pobranie płynu owodniowego) czy kordocentezę (pobranie krwi z żyły pępowinowej płodu).

Choroby wieloczynnikowe

Powstają pod wpływem współdziałania czynników genetycznych oraz środowiskowych. Choroby powstające w ten sposób są determinowane przez liczne mutacje w wielu genach oraz szkodliwy wpływ środowiska, najczęściej występujące schorzenia to:

• cukrzyca insulinozależna typu I - do wystąpienia tego typu cukrzycy przyczynia się wiele genów występujących na różnych chromosomach, a rodzinna analiza sprzężeń pozwoliła na wyodrębnienie kilku regionów w genomie człowieka najsilniej związanych z powstaniem tej choroby (loci IDDM1, IDDM2, IDDM3 - do najważniejszych genów należą HLA-DR oraz HLA-DQ, PTPN22, CTLA-4). Do środowiskowych czynników zwiększających ryzyko cukrzycy należą:
  • niewłaściwe odżywianie,
  • infekcje wirusowe, np. Coxsackie,
    
  • niska masa urodzeniowa,
    
  • stres,
    
  • nadużywanie alkoholu,
    
  • niektóre leki (przeciwdepresyjne, steroidy);
    
• cukrzyca insulinozależna typu II - w rozwoju tej choroby udział biorą mutacje w genach odpowiedzialnych za prawidłowe wydzielanie insuliny, zmniejszenie wrażliwości komórek na insulinę lub regulację szlaków metabolicznych związanych z gospodarką weglowodanową i lipidową (geny SLC30A8, CDKLA1, KCNJ11, CAPN10, PPAR), które współdziałają z takimi czynnikiami środowiskowymi jak:
  
  • siedzący tryb życia, mała aktywność fizyczna,
  • otyłość,
    
  • alkoholizm,
    
  • palenie tytoniu;
    
• choroba Alzheimera - jest naczęstszą przyczyną otępienia starczego, a czynniki genetyczne odgrywają dużą rolę, szczególnie w wystąpieniu tej choroby przed 64 rokiem życia. Są to mutacje w genach BAPP, locus AD2 (APOE) oraz locus AD4. Czynnikami środowiskowymi sprzyjającymi wczesnemu pojawieniu się otępienia są brak ruchu i brak aktywności umysłowej;
• choroby nowotworowe - udział czynników genetycznych w rozwoju tych chorób jest różny w zależności od typu nowotworu, a do genów odgrywających największą rolę zaliczyć można między innymi geny BRCA1 i BRCA2 (rak piersi i jajnika), CHEK2 (rak tarczycy, jelita grubego, nerki, piersi), CDKN2A (rak trzustki, czerniak), NBN (rdzeniak, rak piersi, czerniak), APC (rak jelita grubego), HOXB13 (rak prostaty), TP53 (białaczka, mięśniak, rak piersi, nadnercza, mózgu). Ryzyko zachorowania na nowotwory można ograniczyć poprzez zastosowanie odpowiedniej diety i aktywność fizyczną oraz unikanie substancji mutagennych i kancerogennych.

Mutacje genetyczne można wykryć za pomocą dostępnych testów DNA, które odpowiedzą na pytanie jakie jest ryzyko zachorowania na daną chorobę genetyczną. Dzięki temu możliwe jest zastosowanie odpowiedniej profilaktyki, co pozwoli uniknąć rozwoju choroby czy wykryć ją na wczesnym etapie.