II./2. Mikor gondoljunk genetikai betegségre?

A betegségek azok háttere szerint két nagy csoportra bonthatók, mint a szerzett és a sok esetben halmozódást mutató öröklött, genetikai betegség. A genetikai betegség a személy DNS állományának, a genomjának megváltozásából eredő, potenciálisan környezeti és egyéb pl. epigenetikai faktorok által befolyásolt kórállapot.

II./2.1. A humán genetika és genom fogalma

A genetika az örökítő anyag szerveződésével és funkciójával, az élőlények tulajdonságainak átöröklődésével foglalkozó tudomány. Az elnevezése a görög ’gennó’ [γεννώ], genetikos ’ - nemzeni, életet adni’ jelentésű szóból származik.

A humán genetika az ember genetikai tulajdonságainak (jellegeinek) átörökítésével, az átörökítés törvényszerűségeivel foglalkozó tudományág.

Az orvosi genetika az emberi betegségek genetikai hátterét, az öröklődés módját, a genetikai változás és a klinikai kép összefüggését vizsgálja.

A klinikai genetika a genetikai betegségek diagnosztizálását, gyógykezelését és megelőzését szolgálja.

II./2.2. Főbb mutáció típusok

A genetikai kód hibáinak típusai szerint lehetnek csíravonalbeli vagy szomatikus mutációk, kromoszómaszintű vagy génszintű eltérések.

 A kialakuló betegség elsősorban a hibás gén által kódolt fehérjék funkciójának teljes hiánya (loss of function), a kielégítő mennyiségének hiánya (haploinsufficiencia) vagy a megváltozott funkciója (gain of function) által alakul ki.

1. ábra: Mutációk típusai (Krsz. – kromoszóma)

II./2.2.1. Kromoszómaszintű mutációk

A kromoszóma mutációknak két típusát különböztetjük meg, a struktúrális kromoszóma átrendeződéseket és a kromoszóma számbeli változásokat.

A kromoszómaszám eltérésekről bővebben a szindromatológiai fejezetben olvashatunk, így az alábbiakban a struktúrális kromoszóma átrendeződéseket részletezzük.

 A kromoszóma átrendeződések során a kromoszómatörést mindig egy rendellenes visszarendeződés követ, így alakulnak ki a kromoszómán belüli duplikációk és deléciók. A kromoszómaszám változással járó mutációk következtében aneuploidia vagy poliploidia jön létre. Az aneuploidia esetén a beteg eltérő számú - kevesebb vagy több - kromoszómával rendelkezik. A poliploidia esetén teljes kromoszóma készletmegtöbbszöröződése figyelhető meg, amely magzati letalitáshoz vezet. A kromoszómaszintű mutációk gyakorisága minden 375-ik élve születésből egy. Kialakulásához mind a mitózis mind a meiózis hibás működése járulhat hozzá. Lehet öröklődő és de novo is. Mozaikos formában is előfordulhat.

A strukturális kromoszóma átrendeződések kialakulása valamely törő ágens (clastogén), mint az ionizáló sugárzás, virális infekciók, kemikáliák stb. hatására történik. Az átrendeződés lehet kiegyensúlyozott és kiegyensúlyozatlan.

A kiegyensúlyozott átrendeződés esetén az érintett személyben az átrendeződéstől függetlenül minden kromoszómarészlete megvan, így minden gén működőképes. Erre sok esetben akkor derül fény, ha az érintett személy utódaiban kromoszómaszintű mutációk által okozott megbetegedések jönnek létre.

Ezzel szemben a kiegyensúlyozatlan átrendeződés következtében valamely kromoszómaszakasz elvész, így a sejt funkciója károsodást szenved. A kiegyensúlyozatlan átrendeződések lehetnek stabilak és instabilak.

A stabil átrendeződéskor a mutáció a mitózis és meiózis során képes átadódni az utódsejtekbe. Ez a normál strukturális elemek, mint funkcionáló centromer és két telomer meglétét feltételezi. Az instabil átrendeződéssel a sejt nem képes osztódni. A strukturális átrendeződések hat fő típusba sorolhatók: deléció, duplikáció, transzlokáció, inverzió, izokromoszóma és a kromoszómatörés. A kromoszómatörések és újraegyesülések elméletileg a genomban bárhol kialakulhatnak, de megfigyelhetők olyan forró pontok, olyan kromoszómális szakaszok ahol ez nagyobb eséllyel megy végbe. 

A strukturális átrendeződések hat fő típusba sorolhatók: deléció, duplikáció, transzlokáció, inverzió, izokromoszóma és a kromoszómatörés. A kromoszómatörések és újraegyesülések elméletileg a genomban bárhol kialakulhatnak, de megfigyelhetők olyan forró pontok, olyan kromoszómális szakaszok ahol ez nagyobb eséllyel megy végbe.

A deléciók kialakulása során egy vagy több kromoszómarészlet elvesztése történik. Lehet egyszeres vagy többszörös, elhelyezkedése szerint terminális, intersticiális és gyűrűkromoszóma (a rövid és hosszú kar vége is elveszik és a terminális végek összetapadnak). Delécióval társulhatnak egyéb bonyolultabb, kiegyensúlyozatlan strukturális átrendeződések is. A nagyobb autoszómális kromoszómarészlet elvesztése funkcionális nullszómiának tekinthető, így letális.

Az élettel a 4p, 5p, 9p, 11p, 11q, 13q, 18p, 18q, 21p és 21q szakaszok deléciója összeegyeztethető. Ezeknek a deléciós betegségeknek az előfordulása 1:7000. (A betegségek klinikumáról a szindromatológiai fejezetben olvashatunk). Terninális, intersticiális deléciók és egyenlőtlen crossing over eredményeként jön létre. Az érintett területek haploinszufficienciája jellemző (egy vad típusú allél funkciója nem elég). Dysmorphiák kivizsgálása során gyakran találnunk különböző deléciókat, de ezek fenotípusos konverziója még nem teljesen ismert. Kimutatásuk magasabb felbontóképességű technológiák, mint a FISH és komparativ genom hibriditációval (aCGH) történik.

Terminális deléciók abban az esetben jönnek létre, ha a törés a kromoszóma végéhez közel helyezkedik el. Sok esetben ehhez a telomerek elvesztése is társul. A legismertebb terminális deléció a cri du chat vagy macskanyávogás-szindróma, ahol 5-ös kromoszóma rövid karja deletálódik (5p-).

A mikrodeléciós szindrómák 4000 bp-nál kisebb DNS szakaszokat érintő elváltozások. Érinthet egy gént, de több génre is kiterjedhet (folytonos gén szindróma). Az utóbbi esetében a fizikailag szomszédos, de funkcionálisan független gének dózisának megváltozása jellemző. Hasonlóan a deléciós szindrómákhoz itt is az érintett területek haploinszufficienciája jellemző. A mikrodeléciós szindrómák kialakulása főként a meiózis I-ben lévő crossing over hibáira vezethetők vissza. Köztük a legismertebb a 22q11 kb 3000 bp-os mikrodeléciója, a DiGeorge szindróma. Ez a veleszületett szívhibák kb. 5%-át teszik ki.

A kromoszómális duplikációk során az érintett kromoszómaszakasz megkettőződik. Ez az egyenlőtlen crossing over vagy a transzlokációs vagy incveziós kromoszómaszakaszok abnormális szegregációja során jönnek létre. A genomban kiegyensúlyozatlanságot eredményeznek, a klinikai fenotípus kialakulásához a géndózis hibák vezetnek.

A transzlokációk esetében a kromoszómaszakasz egy darabja egy másik kromoszómára helyeződik át. Általában a folyamat során több, 2-3 kromoszóma törés jön létre. Ha ez egy kromoszómán jön létre lehet inverzió, instersticiális deléció vagy gyűrűkromoszóma.

Az inverziók az adott kromoszómaszakasz eredeti helyén történő megfordulását jelentik. Két tipusát különitjük el, a peri-, és paracentrikus inverziót. A pericentrikus inverziónál a megfordult darabban a centromer is benne van, míg a paracentrikus inverzió esetén a megfordulás egy kromoszóma karon történik. Az inverziók általában nem járnak fenotipusos következményekkel. Az inverziók abban az esetben okozhatnak klinikai tüneteket amennyiben azok fontos kódoló szekvenciákat érintenek, mint pl. a haemophilia A gyakori oka, a F8 gén intrakromoszomális inverziója. A meiózis megzavarása miatt fertilitási problémákat eredményezhetnek.

Az intersticiális deléciónál egy kromoszómán belül két törés keletkezik, a köztes darab kiesik, majd elvész. Ezek általában az élettel összeegyeztethetetlenek, néhány esetben súlyos klinikai fenotipussal társul. A legismertebb intersticiális deléció a 15-ös kromoszóma hosszú karját érintő (del15(q11-13) Prader–Willi-, illetve az Angelman-szindróma (lásd genomiális imprinting). A klinikai képet az határozza meg, hogy az anyai vagy az apai deléció okozza-e a kórképet.

A gyűrűkromoszómák esetében az adott kromoszóma mindkét karján törés keletkezik, amelyek ezt követően összezárulnak. A letört darabok az osztódások következtében elvesznek. A klinikai tünetek nagyban függnek az érintett kromoszómaszakasz nagyságától és az általa kódolt génektől. Sok esetben szomatikus retardáció figyelhető meg.

Amennyiben a transtlokáció során 2 törés 2 kromoszómán következik be, lehet reciprok-, vagy Robertson-féle transzlokáció. A reciprok transzlokáció során a nem homológ kromoszómaszakaszok kicserélődése történik a különböző kromoszómák között. Ez lehet kiegyensúlyozott, vagy kiegyensúlyozatlan.

A Robertson-féle transzlokáció vagy centrikus transzlokáció során a szerkezeti kromoszóma-rendellenességben csak akrocentrikus kromoszómák vesznek részt. (13-as, 14-es, 15-ös, 21-es és a 22-es kromoszómák). Jellemzője még, hogy a töréspont mindig a a centroméra területén van.

Inszerció akkor következik be, ha a transzlokáció során 3 törés 2 kromoszómán zajlik le. A folyamat során az egyik kromoszómán létrejött törésbe egy másik kromoszómáról származó darab illeszkedik be.

II./2.2.2. Génszintű mutációk

Egy génen belüli mutációk csoportosításánál megkülönböztethetünk pontmutációkat és INDEL eltéréseket. Amennyiben a pontmutációk a génen belüli exoni régiókra esnek az eltérések, az aminosav szekvenciában bekövetkező hatás következtében lehet korai stop kodont eredményező, nonsense; aminosav cserével járó, missense; valamint aminosav cserével nem járó, samesense (csendes, vagy szinoním) mutációk. Az exonok közvetlen környezetében lévő introni eltérések sok esetben az mRNS átírását befolyásolják, így ezen régiókban lévő mutációk szerepet játszhatnak a splicingban, az az splice site mutációknak tekinthetőek. Ebből a szempontból a legfontosabb mutációs helyek az intronok első és utolsó két nukleotid helyei.

Az exonon belüli inzerciók – deléciók (INDEL) hatására a leolvasási keret eltolódhat, így úgynevezett frame-shift mutációk jöhetnek létre, amennyiben a kieső/beékelődő nukleotidok száma hárommal nem osztható. Ha a kereteltolódás következtében korai stop kodon épül be, amely végül csonkolt proteinterméket eredményez out of frame mutációról beszélünk. Ha az inzerció/deléció nem tolja el az olvasási keretet, in frame mutációról beszélünk. Erre jó példa a disztrofin gén deléciói okozta Duchenne féle muscularis dystrophia Duchenne- és Becker-típusa. A súlyos out of frame mutációkat eredményező, az esetek nagy részében a fehérje teljes hiányával járó Duchenne-féle típus, míg a protein részleges megmaradását eredményező in frame deléciók hatására kialakuló Becker típusokat különböztetjük meg.