Molekulární genetika

Cystická fibróza

Cystická fibróza (CF) je nejčastější fatální autozomálně recesivní onemocnění v bělošské populaci s přibližným výskytem 1:2500 – 3000 novorozenců. Choroba postihuje hlavně plíce, slinivku břišní a je jednou z častých příčin snížené plodnosti. Při onemocnění dochází k poruše transportu chloridových iontů přes buněčnou membránu, čímž se zvyšuje jejich koncentrace v potu a hustota hlenu v dýchacích, trávicích a mužských pohlavních cestách.

Onemocnění vzniká v případě, kdy obě alely CFTR genu, umístěné na chromozomu 7 v oblasti 7q31.2, jsou mutované (postižený homozygot). 4 % bělošské populace (1 člověk z 25 lidí) přenáší mutantní alelu – je heterozygotem, který nemá příznaky onemocnění, ale přenáší jednu mutovanou (poškozenou) alelu CFTR genu (obr. 1, normální gen je modrý, mutovaný je znázorněný červenou barvou).

(obr. 1) Dědičnost cystické fibrózy

 

Více než 95% mužů s cystickou fibrózou je neplodných, protože nemají vyvinutý vas deferens – tento fenotyp je známý jako kongenitální bilaterální absence vas deferens (CBAVD). Na druhé straně někteří infertilní muži bez cystické fibrózy mají CBAVD, která asociuje se specifickými mutantními alelami CFTR genu.

V CFTR genu bylo dosud identifikováno více než 900 různých mutací. Mnohé z nich se vyskytují s velmi nízkou frekvencí, případně jsou specifické pro některé populační skupiny nebo rodiny. Onemocnění se diagnostikuje molekulárně-genetickými metodami z krve, plodové vody anebo choriových klků. Na našem pracovišti vyšetřujeme 30 mutací, čímž je pokryto 93% veškerých mutací z celého mutačního spektra vyskytujícího se u českých pacientů.

Mutace v genu F5 a v genu pro protrombin

Krevní srážlivost se realizuje kaskádou jednotlivých kroků, které kontroluje působení plazmatických bílkovin. Porušení rovnováhy vede k různým syndromům, např. hrozí nebezpečí trombózy. Riziko trombózy zvyšují různé získané i dědičné faktory, např. podstoupení chirurgického zákroku, kouření, obezita, těhotenství, užívaní hormonální antikoncepce nebo hormonální substituce v klimaktériu. K nejdůležitějším dědičným faktorům přispívajícím ke zvýšení rizika trombózy patří mutace v genu F5 pro plazmatický faktor FV (Leidenská mutace), v genu kódujícím protrombin (mutace G20210A) a méně často také v genech pro jiné plazmatické proteiny.

Mutantní alela faktoru V (Leidenská mutace nebo FV G1691A) se vyskytuje asi u 2,5 % bělošské populace. Gen F5 pro faktor V se nachází na chromozomu 1 v oblasti 1q32. Onemocnění se manifestuje podle zákonitostí autozomálně intermediární dědičnosti (obr. 2, přičemž normální gen je znázorněn modře, mutovaný je červený).

(obr. 2) Dědičnost sklonu k trombózam

 

Mutace G20210A v genu pro protrombin je druhým nejdůležitějším dědičným rizikovým faktorem pro vznik trombózy v bělošské populaci s frekvencí výskytu 2,4%. Typ dědičnosti onemocnění je stejný jako v předcházejícím případě. Heterozygotní jedinci (ženy i muži) – přenašeči mutované alely genu kódujícího protrombin mají v porovnání se zdravými osobami 3-násobně vyšší riziko vzniku trombózy hlubokých žil nohou a 20-násobně vyšší riziko trombózy cerebrálních žil. Toto riziko se podstatně zvyšuje užíváním hormonální antikoncepce (až 150x), kuřačkám hrozí infarkt myokardu.

Přibližně 15 – 40 % žen – přenašeček nese obě uvedené mutace(G1691A a G20210A). U těchto žen se ve zvýšené míře vyskytují gynekologické komplikace – opakované reprodukční ztráty (spontánní potraty, mrtvě narozené děti) a další (těžká preemklampsie, vnitroděložní retardace růstu plodu – IUGR, trombóza hlubokých žil po ovariální stimulaci).

Přítomnost mutace zjišťujeme vyšetřením krve moderními metodami molekulární genetiky. Ženy z rizikových skupin vyžadují intenzívní léčbu při přípravě na těhotenství a také v průběhu samotného těhotenství a porodu.

Chromozom Y

Chromozom Y patří k nejmenším chromozomům člověka. Je na něm znám relativně malý počet funkčních genů, ze kterých většina má svůj homolog – stejnou funkční kopii na chromozomu X. Pouze některé geny jsou specifické pro chromozom Y: gen SRY a genová rodina DAZ (z angl. ´deleted in azoospermia´) v oblasti nazvané AZF (z angl. ´azoospermia factor´) podle toho, že nepřítomnost těchto genů byla zjištěna u mužů s azoospermií (nepřítomnost spermií v ejakuláte) a těžkou formou oligospermie (nízký počet spermií v ejakulátu).

Na obr. 3 je schematicky znázorněn chromozom Y s vyznačenými nejdůležitějšími geny a oblastmi:

(obr. 3) Schéma chromozomu Y

 

Gen SRY se nachází v koncové části krátkého ramene chromozómu Y. Jeho produkt působí jako faktor regulující přeměnu nediferencovaných pohlavních orgánů na mužské pohlavní orgány – testes. Příležitostně (s0160frekvencí 1:10 000 novorozenců mužského pohlaví) dojde k tomu, že se gen SRY přesune na chromozóm X v době párování pohlavních chromozomů X a0160Y. Výsledkem je karyotyp 46,XX u muže. Tito muži mají sice mužský habitus, ale v důsledku chybění dalších genů důležitých pro spermatogenezi jsou sterilní. Mutace nebo delece genu SRY byly zase zjištěny u žen s karyotypem 46,XY a infertilitou.

Přibližně u 10 % mužů s reprodukčními problémy (podstatné snížení počtu a kvality spermií až jejich chybění) můžeme najít mikrodelece v oblasti AZF. Geny ležící v této oblasti zodpovídají za vznik, vývoj a dozrávání spermií. Projevy jejich nepřítomnosti bývají různé – od snížené kvality spermií (redukovaný počet, horší pohyblivost, změny vzhledu spermií) až po jejich úplnou nepřítomnost. Ne všechny případy infertility jsou spůsobeny mikrodelecí DAZ genů v AZF oblasti. Bylo zjištěno, že k poruchám spermatogeneze vedou i bodové mutace v dalších genech, napr. CD1Y nebo USP9Y.

(obr. 4) Delece dlouhého ramene chromozomu Y v karyotypu muže s oligospemií.

 

Molekulárně-genetickými metodami byla zjištěna delece celé oblasti AZF. Shodnými metodami se diagnostikují i mikrodelece chromozomu Y, který se jeví v mikroskopu jako normální.

 

Moderní mikrochirurgické a mikromanipulační metody používané na našem pracovišti umožňují obejít biologické a genetické bariéry sterility a dosáhnout těhotenství v těch případech, kdy přirozená cesta není možná. Pokud spermie nese mikrodeleci na chromozomu Y, přenáší se tento genetický defekt na všechny mužské potomky se 100 % pravděpodobností. To znamená, že se děti mužského pohlaví budou setkávat se stejným problémem jako jejich otcové.

Na obr. 5 je znázorněné schéma přenosu mikrodelece na chromozomu Y podle holandrické dědičnosti (přenos z otce na syna, mikrodeleci na chromozomu reprezentuje červená značka):

(obr. 5) Schéma dědičnosti mikrodelecí v AZF oblasti na chromozomu Y