Wykonanie badania cytogenetycznego (oznaczenie kariotypu) kiedy jest konieczne?

Posted on Czerwiec 5, 2008

0


Wykonanie badania cytogenetycznego (oznaczenie kariotypu) należy rozważyć w przypadkach:

* powtarzających się poronień samoistnych
* niepłodności o niewyjaśnionych przyczynach
* profilaktycznych badań przed planowaną ciążą
* występowania aberracji chromosomowej w rodzinie
* urodzenia dziecka martwego lub z wadami rozwojowymi
* zaburzeń rozwoju płciowego
* pierwotnego lub wtórnego braku miesiączki
* upośledzenia umysłowego o niewyjaśnionej przyczynie
* występowania cech dysmorficznych charakterystycznych
dla określonych zespołów chromosomowych
Przełomowe odkrycie zmienności struktury genomu człowieka

Przez ponad 50 lat, od epokowych odkryć specyficznej struktury białek niezależnie przez Paulinga i Sangera oraz struktury DNA przez Watsona i Cricka nasze myślenie o molekularnych przyczynach chorób zdominowane było przez analizę wpływu punktowych mutacji DNA na strukturę i funkcję genu oraz kodowanego przez niego białka. Dopiero w ciągu ostatnich 10-15 lat, głównie dzięki odkryciom prof. Lupskiego, Amerykanina o polskich korzeniach pracującego w Baylor College of Medicine w Houston w Teksasie okazało się, że wiele chorób powstaje w wyniku często niewidocznych w mikroskopie świetlnym rearanżacji genomowych. Prof. Lupski określił te nieprawidłowości mianem chorób genomowych (genomic disorders). Fenotyp kliniczny tych chorób jest konsekwencją nieprawidłowej ilości białka kodowanego przez wrażliwy na dawkę gen, zlokalizowany w regionie genomu, który uległ rearanżacji.

Ogromny postęp w rozwoju technik biologii i cytogenetyki molekularnej oraz zastosowanie komputerowej analizy porównawczej sekwencji DNA dostępnych w wyniku zsekwencjonowania genomu człowieka umożliwiły odkrycie specyficznych struktur DNA. Struktury te określono jako segmentalne duplikacje lub kopie sekwencji DNA o niskiej częstości powtórzeń (low-copy repeats, LCRs). Okazało się, że czynią one niektóre regiony naszego genomu szczególnie podatnymi na rearanżacje genomowe.

Najnowsza technika cytogenetyki i biologii molekularnej tzw. porównawcza hybrydyzacja genomowa do mikromacierzy (array CGH) umożliwia analizę całego genomu z rozdzielczością zależną tylko od liczby zastosowanych klonów. Pierwsze badania za pomocą techniki CGH do mikromacierzy wykazały, że genomy ludzi różnią się między sobą fragmentami DNA o wielkości nawet do 2 milionów par zasad (mpz). Zjawisko to określono mianem zmienności liczby kopii fragmentów DNA (copy-number variation, CNV). Nieznana pozostawała jednak skala tego zjawiska (częstość, wielkość oraz dystrybucja kopii CNV) w rożnych populacjach. Odpowiedzi na to pytanie udzielił ostatnio międzynarodowy zespół badaczy pod kierownictwem prof. Matthew E. Hurles’a z Sanger Centre koło Cambridge w Wlk. Brytanii (Redon i wsp. 2006). Do badań wykorzystano kolekcję DNA oraz linii komórkowych zgromadzonych w ramach projektu International HapMap od 270 zdrowych, niespokrewnionych osób pochodzących z różnych populacji (90 Nigeryjczykow, 90 mieszkańców stanu Utah pochodzących z Europy, 45 Japończyków i 45 Chińczyków). W badaniach zastosowano technikę CGH do mikromacierzy z 26.574 klonami genomowymi BAC (odpowiadającymi 93.7% euchromatycznej części genomu człowieka) oraz komercyjna mikromacierz GeneChip Human Mapping 500K z 474.642 SNP-ami (single nucleotide polymorphism) firmy Affymetrix. Kopię CNV zdefiniowano jako fragment genomu o wielkości powyżej 1 tysiąca par zasad (kpz).
Genetyka ogólna.
Wyniki badań okazały się zaskakujące i zarazem fascynujące. Kopie CNV zidentyfikowano aż w 1.447 regionach genomu o łącznej długości 360 mpz, co stanowi 12% naszego genomu. Średnia wielkość kopii CNV mieści się w przedziale 81-341 kpz. W 58% zidentyfikowanych kopii CNV stwierdzono obecność genów, w 99% zakonserwowane niekodujące sekwencje DNA, a w 24% kopie LCR. Jednym z najciekawszych odkryć jest to, ze kopie CNV stanowią łącznie więcej DNA niż wszystkie znane dotychczas SNP-y. Tak więc rearanżacje DNA w większym stopniu niż zmiany pojedynczych nukleotydów mogą być odpowiedzialne za ewolucję gatunku człowieka, zmienność osobniczą, a może również za podatność i/lub powstawanie chorób.

Większość kopii CNV jest prawdopodobnie tylko wariantami polimorficznymi i nie manifestuje się fenotypowo. Tylko niektóre z nich są odpowiedzialne za powstawanie chorób o dziedziczeniu mendlowskim, cechy wielogenowe lub niechorobowe cechy fenotypowe, włącznie z cechami zachowania (osobowości). Zależy to przede wszystkim od tego czy w obrębie kopii CNV (lub jej sąsiedztwie) znajdują się geny wrażliwe na dawkę. Określenie takiej korelacji jest utrudnione między innymi penetracją choroby zależną od wieku. Przyczynową rolę kopii CNV wykazano dotychczas w wielu chorobach o dziedziczeniu mendlowskim, takich jak np. ślepota na barwy, choroba Charcot-Marie-Tooth typu 1A czy neurofibromatoza typu 1. Niedawno rolę kopii CNV wykazano również w etiopatogenezie choroby Parkinsona, choroby Alzheimera, glomerulonefropatii toczniowej (lupus glomerulonephritis) i chorobie Leśniowskiego i Crohna jak również w podatności na infekcje wirusem HIV.

Praktycznym efektem opisywanych odkryć będzie zapewne zmiana w podejściu terapeutycznym do niektórych chorób. Celem postępowania nie będzie naprawa nieprawidłowej struktury białka lecz korekta jego dawki (lub kodującego go RNA). Dużą rolę odegrać tu może zjawisko interferencji RNA, za odkrycie którego przyznano w tym roku Nagrodę Nobla w dziedzinie „fizjologii lub medycyny”. Ponadto, obecność kopii CNV powinna być uwzględniana w badaniach analizy sprzeżeń lub asocjacji.

Wiele wskazuje na to, że najbliższe lata w postgenomowej erze medycyny przyniosą kolejne fascynujące odkrycia, które przyczynią się do postępu w diagnostyce i terapii chorób.

Redon R, Ishikawa S, Fitch KR, Feuk L, Perry GH, Andrews TD, Fiegler H, Shapero MH, Carson AR, Chen W, Cho EK, Dallaire S, Freeman JL, Gonzalez JR, Gratacos M, Huang J, Kalaitzopoulos D, Komura D, MacDonald JR, Marshall CR, Mei R, Montgomery L, Nishimura K, Okamura K, Shen F, Somerville MJ, Tchinda J, Valsesia A, Woodwark C, Yang F, Zhang J, Zerjal T, Zhang J, Armengol L, Conrad DF, Estivill X, Tyler-Smith C, Carter NP, Aburatani H, Lee C, Jones KW, Scherer SW, Hurles ME. Global variation in copy number in the human genome. Nature 2006;444(7118):444-454.
http://www.ibb.waw.pl/~ptgc/index.php
Dr hab. med. Paweł Stankiewicz
Adiunkt
Zakład Genetyki Medycznej
Instytut Matki i Dziecka
Kasprzaka 17A
01-211 Warszawa
Tel: (22) 327-7191
Fax: (22) 327-7361
Email: pstankiewicz@imid.med.pl

Advertisements
Posted in: 1