Studi genetik: indikasi, metode

Dalam beberapa tahun terakhir, telah terjadi peningkatan proporsi penyakit keturunan dalam keseluruhan struktur penyakit. Dalam hal ini, peran penelitian genetik dalam praktik kedokteran semakin meningkat. Tanpa pengetahuan genetika medis, mustahil untuk mendiagnosis, mengobati, dan mencegah penyakit keturunan dan bawaan secara efektif.

Predisposisi herediter mungkin melekat pada hampir semua penyakit, tetapi tingkatnya sangat bervariasi. Jika kita mempertimbangkan peran faktor herediter dalam terjadinya berbagai penyakit, kita dapat membedakan kelompok berikut.

• Penyakit yang asal usulnya sepenuhnya ditentukan oleh faktor genetik (dampak gen patologis); kelompok ini mencakup penyakit monogenik, yang pewarisannya tunduk pada aturan dasar hukum Mendel (penyakit Mendel), dan dampak lingkungan eksternal hanya dapat memengaruhi intensitas manifestasi tertentu dari proses patologis (gejalanya).
• Penyakit, yang terjadinya terutama ditentukan oleh pengaruh lingkungan eksternal (infeksi, cedera, dll.); faktor keturunan hanya dapat memengaruhi beberapa karakteristik kuantitatif reaksi tubuh, menentukan ciri-ciri jalannya proses patologis.
• Penyakit yang faktor keturunannya merupakan faktor kausal, namun manifestasinya memerlukan pengaruh lingkungan tertentu, pewarisannya tidak mengikuti hukum Mendel (penyakit non-Mendel); disebut multifaktorial.

Penyakit keturunan

Perkembangan setiap individu merupakan hasil interaksi faktor genetik dan lingkungan. Kumpulan gen manusia terbentuk selama pembuahan dan kemudian, bersama dengan faktor lingkungan, menentukan karakteristik perkembangan. Kumpulan gen suatu organisme disebut genom. Genom secara keseluruhan cukup stabil, tetapi di bawah pengaruh kondisi lingkungan yang berubah, perubahan - mutasi - dapat terjadi di dalamnya.

Unit dasar hereditas adalah gen (bagian dari molekul DNA). Mekanisme transmisi informasi hereditas didasarkan pada kemampuan DNA untuk menggandakan diri (replikasi). DNA mengandung kode genetik (sistem pencatatan informasi tentang lokasi asam amino dalam protein menggunakan urutan nukleotida dalam DNA dan RNA pembawa pesan), yang menentukan perkembangan dan metabolisme sel. Gen terletak di kromosom, elemen struktural inti sel yang mengandung DNA. Tempat yang ditempati oleh gen disebut lokus. Penyakit monogenik adalah monolokus, penyakit poligenik (multifaktorial) adalah multilokus.

Kromosom (struktur berbentuk batang dalam inti sel yang terlihat di bawah mikroskop cahaya) terdiri dari ribuan gen. Pada manusia, setiap sel somatik, atau non-seks, mengandung 46 kromosom, diwakili oleh 23 pasang. Salah satu pasangan, kromosom seks (X dan Y), menentukan jenis kelamin individu. Dalam inti sel somatik, wanita memiliki dua kromosom X, sedangkan pria memiliki satu kromosom X dan satu kromosom Y. Kromosom seks pria bersifat heterologus: kromosom X lebih besar dan mengandung banyak gen yang bertanggung jawab untuk penentuan jenis kelamin dan karakteristik lain dari organisme; kromosom Y kecil, memiliki bentuk yang berbeda dari kromosom X, dan terutama membawa gen yang menentukan jenis kelamin pria. Sel mengandung 22 pasang autosom. Kromosom autosom manusia terbagi menjadi 7 kelompok: A (pasangan kromosom ke-1, ke-2, ke-3), B (pasangan ke-4, ke-5), C (pasangan ke-6, ke-7, ke-8, ke-9, ke-10, ke-11, ke-12, serta kromosom X, yang ukurannya mirip dengan kromosom 6 dan 7), D (pasangan ke-13, ke-14, ke-15), E (pasangan ke-16, ke-17, ke-18), F (pasangan ke-19, ke-20), G (pasangan ke-21, ke-22 dan kromosom Y).

Gen tersusun secara linear di sepanjang kromosom, dengan setiap gen menempati tempat (lokus) yang ditentukan secara ketat. Gen yang menempati lokus homolog disebut alel. Setiap orang memiliki dua alel dari gen yang sama: satu pada setiap kromosom dari setiap pasangan, dengan pengecualian sebagian besar gen pada kromosom X dan Y pada pria. Ketika daerah homolog dari sebuah kromosom mengandung alel yang identik, kita berbicara tentang homozigositas; ketika mereka mengandung alel yang berbeda dari gen yang sama, kita berbicara tentang heterozigositas untuk gen tertentu. Jika sebuah gen (alel) menunjukkan efeknya ketika hanya ada pada satu kromosom, itu disebut dominan. Sebuah gen resesif menunjukkan efeknya hanya jika itu ada pada kedua anggota pasangan kromosom (atau pada kromosom X tunggal pada pria atau wanita dengan genotipe X0). Sebuah gen (dan sifat yang sesuai) disebut terkait-X jika terlokalisasi pada kromosom X. Semua gen lainnya disebut autosom.

Perbedaan dibuat antara pewarisan dominan dan resesif. Dalam pewarisan dominan, suatu sifat dimanifestasikan baik dalam keadaan homozigot maupun heterozigot. Dalam pewarisan resesif, manifestasi fenotipik (seperangkat sifat eksternal dan internal suatu organisme) hanya diamati dalam keadaan homozigot, sedangkan sifat tersebut tidak ada dalam heterozigositas. Pewarisan dominan atau resesif yang terkait dengan jenis kelamin juga mungkin terjadi; dengan cara ini, sifat yang terkait dengan gen yang terlokalisasi dalam kromosom seks diwariskan.

Penyakit yang diwariskan secara dominan biasanya menyerang beberapa generasi dalam satu keluarga. Dalam pewarisan resesif, pembawaan heterozigot laten dari gen mutan dapat terjadi dalam satu keluarga untuk waktu yang lama, sehingga anak-anak yang sakit dapat lahir dari orang tua yang sehat atau bahkan dalam keluarga yang penyakitnya tidak ada selama beberapa generasi.

Mutasi gen mendasari penyakit keturunan. Memahami mutasi tidak mungkin dilakukan tanpa pemahaman modern tentang istilah "genom". Saat ini, genom dianggap sebagai struktur simbiosis multigenom yang terdiri dari elemen wajib dan fakultatif. Dasar dari elemen wajib adalah lokus struktural (gen), yang jumlah dan lokasinya dalam genom cukup konstan. Gen struktural mencakup sekitar 10-15% genom. Konsep "gen" mencakup wilayah yang ditranskripsi: ekson (wilayah pengodean sebenarnya) dan intron (wilayah non-pengodean yang memisahkan ekson); dan sekuens pengapit - pemimpin, yang mendahului awal gen, dan wilayah ekor yang tidak diterjemahkan. Elemen fakultatif (85-90% dari seluruh genom) adalah DNA yang tidak membawa informasi tentang urutan asam amino protein dan tidak sepenuhnya wajib. DNA ini dapat berpartisipasi dalam regulasi ekspresi gen, melakukan fungsi struktural, meningkatkan akurasi pasangan homolog dan rekombinasi, dan mendorong replikasi DNA yang berhasil. Keterlibatan unsur-unsur fakultatif dalam pewarisan sifat dan pembentukan variabilitas mutasi kini telah terbukti. Struktur genom yang kompleks tersebut menentukan keragaman mutasi gen.

Dalam pengertian yang paling luas, mutasi adalah perubahan DNA yang stabil dan diwariskan. Mutasi dapat disertai dengan perubahan struktur kromosom yang terlihat di bawah mikroskop: delesi - hilangnya bagian kromosom; duplikasi - penggandaan bagian kromosom, insersi (inversi) - putusnya bagian kromosom, rotasinya sebesar 180° dan perlekatan pada lokasi putusnya; translokasi - putusnya bagian dari satu kromosom dan menempelkannya pada yang lain. Mutasi semacam itu memiliki efek merusak yang paling besar. Dalam kasus lain, mutasi dapat terdiri dari penggantian salah satu nukleotida purin atau pirimidin dari satu gen (mutasi titik). Mutasi semacam itu meliputi: mutasi salah arti (mutasi dengan perubahan makna) - penggantian nukleotida dalam kodon dengan manifestasi fenotipik; mutasi nonsense (tidak masuk akal) - penggantian nukleotida yang membentuk kodon terminasi, sebagai akibatnya sintesis protein yang dikodekan oleh gen tersebut dihentikan sebelum waktunya; mutasi penyambungan - substitusi nukleotida di persimpangan ekson dan intron, yang mengarah pada sintesis molekul protein memanjang.

Kelas mutasi baru telah diidentifikasi relatif baru-baru ini - mutasi dinamis atau mutasi ekspansi yang terkait dengan ketidakstabilan jumlah pengulangan trinukleotida di bagian gen yang signifikan secara fungsional. Banyak pengulangan trinukleotida yang terlokalisasi di daerah gen yang ditranskripsi atau diatur dicirikan oleh tingkat variabilitas populasi yang tinggi, di mana kelainan fenotipik tidak diamati (yaitu, penyakit tidak berkembang). Penyakit berkembang hanya ketika jumlah pengulangan di tempat-tempat ini melebihi tingkat kritis tertentu. Mutasi semacam itu tidak diwariskan sesuai dengan hukum Mendel.

Dengan demikian, penyakit keturunan adalah penyakit yang disebabkan oleh kerusakan genom sel, yang dapat menyerang seluruh genom, kromosom individu dan menimbulkan penyakit kromosom, atau menyerang gen individu dan menjadi penyebab penyakit gen.

Semua penyakit keturunan biasanya dibagi menjadi tiga kelompok besar:

• monogenik;
• poligenik, atau multifaktorial, di mana mutasi beberapa gen dan faktor non-genetik berinteraksi;
• kelainan kromosom, atau anomali dalam struktur atau jumlah kromosom.

Penyakit yang termasuk dalam dua kelompok pertama sering disebut penyakit genetik, dan penyakit yang termasuk dalam kelompok ketiga disebut penyakit kromosom.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ]

Klasifikasi Penyakit Keturunan

Kromosom	Monogenik	Multifaktorial (poligenik)
Kelainan jumlah kromosom seks: - Sindrom Shereshevsky-Turner; - sindrom Klinefelter; - sindrom trisomi X; - sindrom 47, Autosom XYY: - Sindrom Down; - sindrom Edwards; - sindrom Patau; - trisomi parsial 22 Kelainan Struktur Kromosom: Sindrom cri du chat; Sindrom penghapusan 4p; Sindrom mikrodelesi gen tetangga	Dominan autosom: Sindrom Marfan; penyakit von Willebrand; Anemia Minkowski-Shoffar dan lainnya Resesif autosomal: - fenilketonuria; - galaktosemia; - fibrosis kistik, dll. Resesif tertaut-X: Hemofilia A dan B; Miopati Duchenne; Dan lainnya. Gen dominan tertaut-X: - rakhitis yang resistan terhadap vitamin D; - warna coklat Email gigi, dll.	SSP: beberapa bentuk epilepsi, skizofrenia, dll. Sistem kardiovaskular: rematik, hipertensi, aterosklerosis, dll. Kulit: dermatitis atopik, psoriasis, dll. Sistem pernapasan: asma bronkial, alveolitis alergi, dll. Sistem kemih: urolitiasis, enuresis, dll. Sistem pencernaan: tukak lambung, kolitis ulseratif nonspesifik, dll.

Penyakit kromosom dapat disebabkan oleh kelainan kromosom kuantitatif (mutasi genomik), serta kelainan kromosom struktural (aberasi kromosom). Secara klinis, hampir semua penyakit kromosom bermanifestasi sebagai cacat intelektual dan berbagai cacat bawaan, yang seringkali tidak dapat bertahan hidup.

Penyakit monogenik berkembang sebagai akibat kerusakan pada gen individu. Penyakit monogenik mencakup sebagian besar penyakit metabolik herediter (fenilketonuria, galaktosemia, mukopolisakaridosis, fibrosis kistik, sindrom adrenogenital, glikogenosis, dll.). Penyakit monogenik diwariskan menurut hukum Mendel dan, menurut jenis pewarisannya, dapat dibagi menjadi autosom dominan, autosom resesif, dan terkait kromosom X.

Penyakit multifaktorial bersifat poligenik, dan perkembangannya memerlukan pengaruh faktor lingkungan tertentu. Tanda-tanda umum penyakit multifaktorial adalah sebagai berikut.

• Frekuensi tinggi dalam populasi.
• Polimorfisme klinis yang nyata.
• Kesamaan manifestasi klinis pada probandus dan kerabat dekat.
• Perbedaan usia dan jenis kelamin.
• Timbulnya penyakit lebih dini dan sedikit peningkatan manifestasi klinis pada generasi berikutnya.
• Kemanjuran terapi obat bervariasi.
• Kesamaan manifestasi klinis dan manifestasi lain dari penyakit pada kerabat dekat dan probandus (koefisien heritabilitas untuk penyakit multifaktorial melebihi 50-60%).
• Ketidakkonsistenan pola pewarisan dengan hukum Mendel.

Untuk praktik klinis, penting untuk memahami esensi istilah "malformasi kongenital", yang bisa tunggal atau ganda, turun-temurun atau sporadis. Penyakit keturunan tidak termasuk penyakit bawaan yang terjadi selama periode kritis embriogenesis di bawah pengaruh faktor lingkungan yang tidak menguntungkan (fisik, kimia, biologis, dll.) dan tidak diwariskan. Contoh patologi semacam itu adalah cacat jantung bawaan, yang sering disebabkan oleh efek patologis selama periode pembentukan jantung (trimester pertama kehamilan), misalnya, infeksi virus yang menyerang jaringan jantung yang sedang berkembang; sindrom alkohol janin, anomali perkembangan anggota badan, daun telinga, ginjal, saluran pencernaan, dll. Dalam kasus seperti itu, faktor genetik hanya membentuk predisposisi turun-temurun atau peningkatan kerentanan terhadap efek faktor lingkungan tertentu. Menurut WHO, anomali perkembangan terjadi pada 2,5% dari semua bayi baru lahir; 1,5% di antaranya disebabkan oleh tindakan faktor eksogen yang tidak menguntungkan selama kehamilan, sisanya sebagian besar bersifat genetik. Perbedaan antara penyakit bawaan dan penyakit keturunan yang tidak diwariskan memiliki kepentingan praktis yang besar untuk memprediksi keturunan dalam keluarga tertentu.

[ 5 ]

Metode diagnostik penyakit keturunan

Saat ini, pengobatan praktis memiliki banyak sekali metode diagnostik yang memungkinkan penyakit keturunan dideteksi dengan probabilitas tertentu. Sensitivitas dan spesifisitas diagnostik metode ini bervariasi - beberapa hanya memungkinkan untuk mengasumsikan adanya penyakit, sementara yang lain dengan akurasi tinggi mendeteksi mutasi yang mendasari penyakit atau menentukan karakteristik perjalanannya.

[ 6 ], [ 7 ], [ 8 ], [ 9 ]

Metode sitogenetik

Metode penelitian sitogenetik digunakan untuk mendiagnosis penyakit kromosom. Metode tersebut meliputi:

• studi kromatin seks - penentuan kromatin X dan Y;
• kariotipe (kariotipe adalah kumpulan kromosom suatu sel) - penentuan jumlah dan struktur kromosom untuk tujuan mendiagnosis penyakit kromosom (mutasi genomik dan aberasi kromosom).

[ 10 ], [ 11 ], [ 12 ], [ 13 ]