Studi genetici: indicazioni, metodi

Negli ultimi anni, si è osservato un aumento della quota di malattie ereditarie nella struttura complessiva delle patologie. A questo proposito, il ruolo della ricerca genetica nella medicina pratica sta aumentando. Senza la conoscenza della genetica medica, è impossibile diagnosticare, trattare e prevenire efficacemente le malattie ereditarie e congenite.

La predisposizione ereditaria è probabilmente insita in quasi tutte le malattie, ma il suo grado varia considerevolmente. Se consideriamo il ruolo dei fattori ereditari nell'insorgenza di diverse malattie, possiamo distinguere i seguenti gruppi.

• Malattie la cui origine è determinata interamente da fattori genetici (l'influenza di un gene patologico); in questo gruppo rientrano le malattie monogeniche, la cui ereditarietà è soggetta alle regole fondamentali delle leggi di Mendel (malattie mendeliane), e l'influenza dell'ambiente esterno può influire solo sull'intensità di alcune manifestazioni del processo patologico (i suoi sintomi).
• Malattie la cui insorgenza è determinata principalmente dall'influenza dell'ambiente esterno (infezioni, lesioni, ecc.); l'ereditarietà può influenzare solo alcune caratteristiche quantitative della reazione dell'organismo, determinare le caratteristiche del decorso del processo patologico.
• Malattie in cui l'ereditarietà è un fattore causale, ma per la loro manifestazione sono necessarie determinate influenze ambientali, la loro ereditarietà non obbedisce alle leggi di Mendel (malattie non mendeliane); sono chiamate multifattoriali.

Malattie ereditarie

Lo sviluppo di ogni individuo è il risultato dell'interazione di fattori genetici e ambientali. L'insieme dei geni umani si forma durante la fecondazione e, insieme ai fattori ambientali, determina le caratteristiche dello sviluppo. L'insieme dei geni di un organismo è chiamato genoma. Il genoma nel suo complesso è piuttosto stabile, ma sotto l'influenza di condizioni ambientali mutevoli, possono verificarsi cambiamenti, ovvero mutazioni.

Le unità fondamentali dell'ereditarietà sono i geni (sezioni della molecola di DNA). Il meccanismo di trasmissione delle informazioni ereditarie si basa sulla capacità del DNA di autoduplicarsi (replicarsi). Il DNA contiene un codice genetico (un sistema di registrazione delle informazioni sulla posizione degli amminoacidi nelle proteine utilizzando la sequenza dei nucleotidi nel DNA e nell'RNA messaggero), che determina lo sviluppo e il metabolismo delle cellule. I geni sono localizzati nei cromosomi, elementi strutturali del nucleo cellulare contenenti il DNA. La posizione occupata da un gene è chiamata locus. Le malattie monogeniche sono monolocus, le malattie poligeniche (multifattoriali) sono multilocus.

I cromosomi (le strutture a forma di bastoncello nei nuclei delle cellule visibili al microscopio ottico) sono costituiti da molte migliaia di geni. Negli esseri umani, ogni cellula somatica, o non sessuale, contiene 46 cromosomi, rappresentati da 23 coppie. Una di queste coppie, i cromosomi sessuali (X e Y), determina il sesso dell'individuo. Nei nuclei delle cellule somatiche, le donne hanno due cromosomi X, mentre gli uomini hanno un cromosoma X e un cromosoma Y. I cromosomi sessuali degli uomini sono eterologhi: il cromosoma X è più grande e contiene molti geni responsabili sia della determinazione del sesso che di altre caratteristiche dell'organismo; il cromosoma Y è piccolo, ha una forma diversa dal cromosoma X e trasporta principalmente geni che determinano il sesso maschile. Le cellule contengono 22 coppie di autosomi. I cromosomi autosomici umani sono divisi in 7 gruppi: A (1a, 2a, 3a coppia di cromosomi), B (4a, 5a coppia), C (6a, 7a, 8a, 9a, 10a, 11a, 12a coppia, nonché il cromosoma X, di dimensioni simili ai cromosomi 6 e 7), D (13a, 14a, 15a coppia), E (16a, 17a, 18a coppia), F (19a, 20a coppia), G (21a, 22a coppia e cromosoma Y).

I geni sono disposti linearmente lungo i cromosomi, e ogni gene occupa una posizione strettamente definita (locus). I geni che occupano loci omologhi sono detti allelici. Ogni persona ha due alleli dello stesso gene: uno su ciascun cromosoma di ciascuna coppia, ad eccezione della maggior parte dei geni sui cromosomi X e Y nei maschi. Quando regioni omologhe di un cromosoma contengono alleli identici, si parla di omozigosi; quando contengono alleli diversi dello stesso gene, si parla di eterozigosi per un dato gene. Se un gene (allele) manifesta il suo effetto quando è presente su un solo cromosoma, è detto dominante. Un gene recessivo manifesta il suo effetto solo se è presente in entrambi i membri di una coppia di cromosomi (o sul singolo cromosoma X nei maschi o nelle femmine con genotipo X0). Un gene (e il tratto corrispondente) è detto legato al cromosoma X se è localizzato sul cromosoma X. Tutti gli altri geni sono detti autosomici.

Si distingue tra ereditarietà dominante e recessiva. Nell'ereditarietà dominante, un carattere si manifesta sia in omozigosi che in eterozigosi. Nell'ereditarietà recessiva, le manifestazioni fenotipiche (un insieme di tratti esterni e interni di un organismo) si osservano solo in omozigosi, mentre sono assenti in eterozigosi. È possibile anche un'ereditarietà dominante o recessiva legata al sesso; in questo modo, vengono ereditati i caratteri associati a geni localizzati nei cromosomi sessuali.

Le malattie ereditarie dominanti di solito colpiscono diverse generazioni di una singola famiglia. Nell'ereditarietà recessiva, la portanza eterozigote latente di un gene mutante può persistere a lungo in una famiglia, per cui figli malati possono nascere da genitori sani o persino da famiglie in cui la malattia è stata assente per diverse generazioni.

Le mutazioni genetiche sono alla base delle malattie ereditarie. Comprendere le mutazioni è impossibile senza una moderna comprensione del termine "genoma". Attualmente, il genoma è considerato una struttura simbiotica multigenomica composta da elementi obbligatori e facoltativi. La base degli elementi obbligatori sono i loci strutturali (geni), il cui numero e la cui posizione nel genoma sono pressoché costanti. I geni strutturali rappresentano circa il 10-15% del genoma. Il concetto di "gene" include la regione trascritta: esoni (la regione codificante vera e propria) e introni (una regione non codificante che separa gli esoni); e le sequenze fiancheggianti: la regione leader, che precede l'inizio del gene, e la regione non tradotta della coda. Gli elementi facoltativi (85-90% dell'intero genoma) sono DNA che non trasporta informazioni sulla sequenza amminoacidica delle proteine e non è strettamente obbligatorio. Questo DNA può partecipare alla regolazione dell'espressione genica, svolgere funzioni strutturali, aumentare l'accuratezza dell'appaiamento e della ricombinazione omologa e promuovere il successo della replicazione del DNA. Il coinvolgimento di elementi facoltativi nella trasmissione ereditaria dei caratteri e nella formazione della variabilità mutazionale è ormai dimostrato. Una struttura genomica così complessa determina la diversità delle mutazioni geniche.

In senso lato, una mutazione è un cambiamento stabile ed ereditario nel DNA. Le mutazioni possono essere accompagnate da cambiamenti nella struttura dei cromosomi visibili al microscopio: delezione - perdita di una sezione di un cromosoma; duplicazione - raddoppio di una sezione di un cromosoma; inserzione (inversione) - rottura di una sezione di un cromosoma, sua rotazione di 180° e attaccamento al sito della rottura; traslocazione - rottura di una sezione di un cromosoma e attaccamento a un altro. Tali mutazioni hanno il maggiore effetto dannoso. In altri casi, le mutazioni possono consistere nella sostituzione di uno dei nucleotidi purinici o pirimidinici di un singolo gene (mutazioni puntiformi). Tali mutazioni includono: mutazioni missense (mutazioni con un cambiamento di significato) - sostituzione di nucleotidi in codoni con manifestazioni fenotipiche; mutazioni non senso (senza senso) - sostituzione di nucleotidi che formano codoni di terminazione, in conseguenza dei quali la sintesi della proteina codificata dal gene viene interrotta prematuramente; mutazioni da splicing - sostituzioni di nucleotidi nella giunzione tra esoni e introni, che portano alla sintesi di molecole proteiche allungate.

Una nuova classe di mutazioni è stata identificata relativamente di recente: mutazioni dinamiche o mutazioni di espansione associate all'instabilità del numero di ripetizioni trinucleotidiche in porzioni funzionalmente significative dei geni. Molte ripetizioni trinucleotidiche localizzate in regioni trascritte o regolatrici dei geni sono caratterizzate da un elevato livello di variabilità di popolazione, all'interno della quale non si osservano alterazioni fenotipiche (ovvero, la malattia non si sviluppa). La malattia si sviluppa solo quando il numero di ripetizioni in questi siti supera un certo livello critico. Tali mutazioni non sono ereditarie secondo la legge di Mendel.

Le malattie ereditarie sono quindi malattie causate da danni al genoma cellulare, che possono colpire l'intero genoma, singoli cromosomi e causare malattie cromosomiche, oppure colpire singoli geni ed essere causa di malattie genetiche.

Tutte le malattie ereditarie vengono solitamente suddivise in tre grandi gruppi:

• monogenico;
• poligenica, o multifattoriale, in cui interagiscono mutazioni di più geni e fattori non genetici;
• anomalie cromosomiche, ovvero anomalie nella struttura o nel numero dei cromosomi.

Le malattie appartenenti ai primi due gruppi sono spesso chiamate genetiche, mentre quelle appartenenti al terzo gruppo sono chiamate malattie cromosomiche.

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Classificazione delle malattie ereditarie

Cromosomico	Monogenico	Multifattoriale (poligenico)
Anomalie nel numero dei cromosomi sessuali: - Sindrome di Shereshevsky-Turner; - Sindrome di Klinefelter; - sindrome della trisomia X; - sindrome 47, autosomi XYY: - Sindrome di Down; - Sindrome di Edwards; - Sindrome di Patau; - trisomia parziale 22 Anomalie strutturali dei cromosomi: Sindrome del cri du chat; Sindrome da delezione 4p; Sindromi da microdelezione di geni vicini	Autosomica dominante: Sindrome di Marfan; malattia di von Willebrand; Anemia di Minkowski-Shoffar e altre Autosomica recessiva: - fenilchetonuria; - galattosemia; - fibrosi cistica, ecc. Recessivo legato al cromosoma X: Emofilia A e B; Miopatia di Duchenne; E altri. Dominante legato al cromosoma X: - rachitismo resistente alla vitamina D; - colorazione marrone Smalto dei denti, ecc.	SNC: alcune forme di epilessia, schizofrenia, ecc. Sistema cardiovascolare: reumatismi, ipertensione, aterosclerosi, ecc. Pelle: dermatite atopica, psoriasi, ecc. Apparato respiratorio: asma bronchiale, alveolite allergica, ecc. Apparato urinario: urolitiasi, enuresi, ecc. Apparato digerente: ulcera peptica, colite ulcerosa aspecifica, ecc.

Le malattie cromosomiche possono essere causate da anomalie cromosomiche quantitative (mutazioni genomiche), così come da anomalie cromosomiche strutturali (aberrazioni cromosomiche). Clinicamente, quasi tutte le malattie cromosomiche si manifestano con disabilità intellettive e difetti congeniti multipli, spesso incompatibili con la vita.

Le malattie monogeniche si sviluppano a seguito di danni a singoli geni. Tra queste, la maggior parte delle malattie metaboliche ereditarie (fenilchetonuria, galattosemia, mucopolisaccaridosi, fibrosi cistica, sindrome adrenogenitale, glicogenosi, ecc.) sono ereditarie secondo le leggi di Mendel e, a seconda del tipo di trasmissione, possono essere suddivise in autosomiche dominanti, autosomiche recessive e legate al cromosoma X.

Le malattie multifattoriali sono poligeniche e il loro sviluppo richiede l'influenza di determinati fattori ambientali. I sintomi generali delle malattie multifattoriali sono i seguenti.

• Alta frequenza nella popolazione.
• Polimorfismo clinico pronunciato.
• Somiglianza delle manifestazioni cliniche nel probando e nei parenti stretti.
• Differenze di età e di genere.
• Esordio più precoce e un certo aumento delle manifestazioni cliniche nelle generazioni discendenti.
• Efficacia terapeutica variabile dei farmaci.
• Somiglianza delle manifestazioni cliniche e di altro tipo della malattia nei parenti stretti e nel probando (il coefficiente di ereditarietà per le malattie multifattoriali supera il 50-60%).
• Incoerenza dei modelli di ereditarietà con le leggi di Mendel.

Per la pratica clinica, è importante comprendere l'essenza del termine "malformazioni congenite", che può essere singola o multipla, ereditaria o sporadica. Le malattie ereditarie non includono quelle patologie congenite che si verificano durante periodi critici dell'embriogenesi sotto l'influenza di fattori ambientali sfavorevoli (fisici, chimici, biologici, ecc.) e non sono ereditarie. Un esempio di tale patologia può essere costituito dalle cardiopatie congenite, spesso causate da effetti patologici durante il periodo di formazione del cuore (primo trimestre di gravidanza), ad esempio un'infezione virale che colpisce i tessuti del cuore in via di sviluppo; la sindrome feto-alcolica, le anomalie dello sviluppo degli arti, dei padiglioni auricolari, dei reni, del tratto digerente, ecc. In questi casi, i fattori genetici determinano solo una predisposizione ereditaria o una maggiore suscettibilità agli effetti di determinati fattori ambientali. Secondo l'OMS, le anomalie dello sviluppo sono presenti nel 2,5% di tutti i neonati; L'1,5% di queste è causato dall'azione di fattori esogeni sfavorevoli durante la gravidanza, il resto è principalmente di natura genetica. La distinzione tra malattie ereditarie e congenite non ereditarie è di grande importanza pratica per prevedere la prole in una determinata famiglia.

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Metodi di diagnosi delle malattie ereditarie

Attualmente, la medicina pratica dispone di un ampio arsenale di metodi diagnostici che consentono di rilevare malattie ereditarie con una certa probabilità. La sensibilità e la specificità diagnostica di questi metodi variano: alcuni permettono solo di supporre la presenza di una malattia, mentre altri individuano con grande accuratezza le mutazioni che sono alla base della malattia o ne determinano le caratteristiche del decorso.

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Metodi citogenetici

I metodi di ricerca citogenetica vengono utilizzati per diagnosticare le malattie cromosomiche. Tra questi:

• studi sulla cromatina sessuale - determinazione della cromatina X e Y;
• cariotipo (il cariotipo è l'insieme dei cromosomi di una cellula): determinazione del numero e della struttura dei cromosomi allo scopo di diagnosticare malattie cromosomiche (mutazioni genomiche e aberrazioni cromosomiche).

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