Презентация "Методы изучения наследственности человека"

Методы изучения наследственности человека

Преподаватель Смирнова З. М.

Актуальность темы

Успешное применение методов медицинской генетики позволяет быстро и эффективно диагностировать различные формы наследственной патологии человека.

Методы изучения наследственности человека

Исследование генетики человека связано с трудностями, причины которых заключаются в

• невозможности экспериментального скрещивания;
• медленной сменой поколений;
• малым количеством потомков в семье;
• сложный кариотип;
• большое число групп сцепления.

Несмотря на все эти затруднения, генетика человека успешно развивается, благодаря следующим методам

- Генеалогический; - Популяционный;

- Цитогенетический; - Близнецовый;

- Биохимический; - Дерматоглифики.

- ДНК-диагностики;

Генеалогический или

метод составления родословных

Предложен в конце XIX века Ф. Гальтоном.

Метод позволяет выявить

• является ли данный признак наследственным

(по проявлению его у родственников);

• тип наследования заболевания (доминантный, рецессивный, аутосомный или сцепленный с полом),
• гомо- и гетерозиготность различных членов семьи;
• пенетрантность гена (частота его проявления);
• вероятность рождения ребенка с наследственной патологией (генетический риск).

Этапы генеалогического метода

• Сбор данных о всех родственниках обследуемого (анамнез):

- должны быть собраны данные не менее чем о трех поколениях;

- сбор сведений и построение родословной начинается с пробанда – лица, с которого начинается исследование семьи.

2. Построение родословной:

- с помощью стандартных символов делают графическое изображение;

- каждое поколение нумеруется римскими цифрами

слева.

3. Анализ родословной и выводы

Символы,

используемые при составлении родословных

Классификация типов наследования признаков при моногенном наследовании

Типы наследования

аутосомное

сцепленное с полом

Х- сцепленное

У- сцепленное

доминантное

рецессивное

доминантное

рецессивное

Анализ родословной

• Первая задача при анализе родословной – установление наследственного характера признака.
• Если в родословной встречается один и тот же признак (болезнь) несколько раз, то можно думать о его наследственной природе.
• После обнаружения наследственного характера признака необходимо установить тип наследования. Для этого используются принципы генетического анализа и различные статистические методы обработки данных многих родословных.

Основные признаки аутосомно – доминантного типа наследования (А-Д тип)

• Больные в каждом поколении;
• Больной ребенок у больных родителей;
• Болеют в равной степени мужчины и женщины;
• Проявление признака (болезни) наблюдается по вертикали и по горизонтали;
• Вероятность наследования 100 %, если один родитель гомозиготен;
• 75 %, если оба родителя гетерозиготны;
• 50 %, если один родитель гетерозиготен.

А а

А а

Х

А а Х аа

I

а

А

А

а

2

а

А

1

а

аа

А а

А а аа

АА

А а

II

1 2 3 4 5 6 7 8

25% здоровые

III

75% больные

50% 50%

больные здоровые

9

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Основные признаки аутосомно –рецессивного наследования (А-Р тип)

• Больные не в каждом поколении;
• Больной ребенок (гомозигота) рождается у здоровых родителей (гетерозигот);
• Болеют в равной степени мужчины и женщины;
• Проявление признака (болезни) наблюдается по горизонтали;
• Вероятность наследования 25 % (если оба родителя гетерозиготны).

А а Х А а

б)

Р

I

а)

А а А а

II

F 1

III

АА А а А а аа

больной

IV

10

Х-сцепленный доминантный тип наследования

• Больные встречаются в каждом поколении;
• Поражаются и мужчины, и женщины, но больных женщин в 2 раза больше, чем мужчин;
• Больные женщины в среднем передают патологический аллель

50% сыновей и 50% дочерей;

• Больной мужчина передает патологический аллель всем дочерям и не передает сыновьям, поскольку последние получают от отца Y-

хромосому.

I

Примеры: рахит, резистентный к витамину Д

II

Темная эмаль зубов

III

11

11

Основные признаки Х-сцепленного рецессивного типа наследования:

• Больные появляются не в каждом поколении;
• Больной ребенок рождается у

здоровых родителей;

• Болеют преимущественно мужчины;
• Вероятность наследования:

у 25 % всех детей, в том числе

у 50 % мальчиков;

• Так наследуются у челов ека гемофилия, дальтонизм и др.

Наследование гемофилии в царских домах Европы

.

Королева Виктория

Англия

.

.

Алиса

Леопольд

Беатриса

.

.

.

.

Альфонсо-Морис XIII

Испания

Виктория- Евгения

Алек-сандра

Нико-лай II

Висконт

Трематан Альфонсо

Испания

Алексей

Россия

Вольдемар Генри

Прусия

12

Х- сцепленный рецессивный тип наследования

• Х-сцепленный рецессивный признак, у женского пола проявляется только при получении ими соответствующего аллеля от обоих родителей ( X h X h ) .

• У мужчин – X h Y он развивается при получении рецессивного аллеля от матери.
• Матери передают рецессивный аллель потомкам любого пола, а отцы – только «дочерям»

Р

X H X h x X H Y

X H

X h

Y

G

X H

X h Y

X H X H

X H X h

X H Y

X H X H ; X H Y; X h X H ; X h Y

F 1

Х- сцепленный рецессивный ген

Доминантный ген (норма)

Доминантный ген

Х- сцепленный рецессивный ген

Больные

Здоровые

Носители

13

X h Y

X H Y;

X H Y ;

X h X H ;

X h X H ;

X h X H ;

X H X H

X H Y;

Основные признаки при У- сцепленном (голандрическом) наследовании

• Больные во всех поколениях;
• Болеют только мужчины;
• У больного отца больны все его сыновья;
• Вероятность наследования у мальчиков 100 %.
• Так наследуются у человека некоторые формы ихтиоза, обволошенность наружных слуховых проходов

(гипертрихоз) некоторые формы синдактилии,

перепонка между пальцами ног и др.

XX x XY Z

X

Y Z

X

XX

XY Z

14

Признаки цитоплазматической

(митохондриальной) наследственности

• Признак передается потомкам только от матери;

• Мать, несущая признак, передает его всему по­томству;
• Признак одинаково часто встречается у представите­лей обоих полов.

I

1 2

II

1 2 3 4 5 6

III

1 2 3 4 5 6 7 8

IV

1 2 3 4 5 6

Задание

Определить тип наследования

16

Цитогенетический метод

Проводится при подозрении на хромосомные нарушения.

Суть метода

заключается в микроскопическом изучении кариотипа (особенность строения и число хромосом), путем записи кариограммы.

Обычно хромосомы в клетках наблюдают во время митоза на стадии метафазной пластинки.

Объектом исследования служат

• клетки костного мозга,
• лимфоциты периферической крови,
• различные клетки эмбрионов.

16

Показания для цитогенетического обследования:

• множественные пороки развития (пороки рзвития головного мозга, опорно-двигательной системы, сердца и мочеполовой системы);
• умственная отсталость в сочетании с нарушениями физического развития;
• первичное бесплодие у мужчин и у женщин;
• привычное невынашивание беременности, особенно на ранних стадиях;
• нарушение полового развития;
• небольшая масса ребенка, рожденного при доношенной беременности.

Этапы исследования

• Культивирование клеток человека (чаще лимфоцитов) на искусственных питательных средах;

2) Стимуляция митоза фитогемагглютинином (ФГА);

3) Добавление колхицина (разрушает нити веретена деления) для остановки митоза на стадии метафазы;

4) обработка клеток гипотоническим раствором, вследствие чего хромосомы «рассыпаются» и лежат свободно;

5) простое и дифференциальное окрашивание хромосом;

6) изучение хромосом под микроскопом и фотографирование;

7) вырезание отдельных хромосом и построение идиограммы.

Центрифуга

Гипотонический раствор

NaCl

Фиксация

Эритроциты

Отделение лейкоцитов

19

Окрашивание

Метод позволяет выявлять геномные и хромосомные мутации

• Кариотип больного обозначают следующим образом:

• количество хромосом,
• набор гетерохромосом,
• номер хромосомы,
• избыток (+) или нехватка (-) генетического материала.

• Например, болезнь Дауна у мальчика: 47,XY,21 + ;
• синдром кошачьего крика у девочки: 46,ХХ,5р-.

Цитогенетический метод

Исследование полового хроматина

• Ядра всех соматических клеток человека имеют 23 пары хромосом.

В норме у женщин кариотип – 46,ХХ, у мужчин – 46, XY.

• Из них 22 пары – аутосомы «работают» только попарно.
• Половые же хромосомы работают в единственном числе.

• Из двух Х-хромосом женщины одна полностью

инактивируется и находится в ядре в конденсированном

состоянии, в виде глыбок (М. Барр и Л. Бертрам в 1949г).

• Эти глыбки получили название «половой хроматин», «Х- хроматин» или «тельца Барра» – небольшое образование по краям ядра.

19

• В норме у женщин 10-30% клеточных ядер имеют тельце Барра,
• у мужчин в норме отсутствуют.

• Чаще всего для исследования берется соскоб эпителия с

внутренней поверхности щеки (буккальный соскоб).

• Изменение количества полового хроматина

свидетельствует об изменении количества половых хромосом.

• Определение полового хроматина используется как экспресс-метод при пренатальном и постнатальном определении пола и диагностике хромосомных болезней 

Показания к исследованию полового хроматина

• наличие клинических признаков синдрома Шерешевского-

Тернера и синдрома Клайнфельтера;

• наличие признаков гермафродитизма;
• низкий рост у девочек, женщин (Х-хроматин);
• аменорея первичная и вторичная;
• высокий рост у мужчин (Y- и Х-хроматин).

Глыбки Х- хроматина

у женщин – норма: 46(ХХ)

у мужчин – синдром Клайнфельтера: 47(ХХУ)

Х- хроматин отсутствует

у мужчин – норма: 46(ХУ)

у женщин – синдром Шерешевского-Тернера: 45(ХО)

23

Глыбки Х-хроматина (тельца Барра)

в ядрах соматических клеток человека

Нормальный мужчина (XY)

или женщина с синдромом Шерешевского-Тернера (ХО)

Нормальная женщина (ХХ)

или мужчина с синдромом Клайнфельтера (ХХY)

Женщина с трисомией Х (ХХХ)

или мужчина с синдромом Клайнфельтера (ХХХY)

Женщина с полисомией Х (ХХХХ)

или мужчина с синдромом Клайнфельтера (ХХХХY)

FISH – флюоресцентная гибридизация –

цитогенетический метод, который применяют для определения положения специфической последовательности ДНК на метафазных хромосомах или в интерфазных ядрах in situ.

• Денатурация хромосомной ДНК и гибридизация с флуоресцентным зондом.
• Для определения участков хромосом, с которыми связались

флюоресцентные зонды, используют флюоресцентные микроскопы.

24

FISH – флюоресцентная гибридизация in situ (Fluorescence in situ hybridization)

 готовят ДНК-зонды – определенные по нуклеотидному составу

фрагменты ДНК, помеченные флюоресцирующим красителем,

 ДНК-зонд, находит в исследуемой хромосоме комплементарный

участок ДНК и присоединяется к нему;

 место присоединения ДНК-зонда определяется по специфическому

свечению при микроскопировании гистологических препаратов,

 объектом микроскопирования могут быть метафазные хромосомы и

хроматин ядер неделящихся клеток (интерфазные хромосомы);

 С помощью метода FISH можно определять локализацию генов в

хромосомах и все хромосомные аберрации.

ДНК-зонд

Флуоресцентная метка

Участок хромосомы, комплементарный зонду

FISH исследования интерфазных и метафазных хромосом с помощью ДНК-зондов

26

Биохимические методы

• Используются для:

- диагностики моногенных наследственных заболеваний с нарушением обмена веществ (энзимопатии);

- диагностики гетерозиготных состояний у взрослых.

• Биохимические методы позволяют выявить аномальные белки-ферменты или промежуточные продукты обмена, свидетельствующие о наличии болезни.

26

Показания для биохимического исследования:

• умственная отсталость, психические нарушения;

• нарушение физического развития – остановка роста, чрезмерное отложение жира или кахексия;
• судороги, рвота, повышенный или пониженный тонус мышц, желтуха;
• непереносимость отдельных пищевых продуктов и лекарственных препаратов, нарушение пищеварения;
• специфический запах мочи и пота у ребенка.

Биохимические методы

Объектами биохимической диагностики являются: кровь, моча, пунктаты костного мозга, амниотическая жидкость, сперма, пот, кал и др., с целью определения в биологических жидкостях активности ферментов

или содержания некоторых продуктов метаболизма.

Биохимическая диагностика:

первичная уточняющая

Цель – исключение здоровых Цель – уточнение индивидов из дальнейшего диагноза заболевания.

обследования.

Используется Используется

массовый скрининг селективный скрининг

Массовая диагностика

• Массовые просеивающие программы применяют для диагностики у новорожденных таких заболеваний как

• фенилкетонурия,
• врожденный гипотериоз,
• муковисцедоз,
• галактоземия.

Например, для диагностики фенилкетонурии кровь новорожденных берут на 3-5 день после рождения. Капли крови помещают на хроматографическую или фильтровальную бумагу и пересылают в лабораторию для определения фенилаланина.

Для определения врожденного гипотиреоза в крови ребенка на 3 день жизни определяют уровень тироксина.

Селективная диагностика

Селективные диагностические программы предусматривают проверку биохимических аномалий обмена у пациентов с подозрением на генные наследственные болезни.

В селективных программах обычно используются более точные методы.

Например, с помощью тонкослойной хроматографии мочи и крови можно диагностировать наследственные нарушения обмена аминокислот и мукополисахаридов.

С помощью электрофореза гемоглобинов диагностируется вся группа гемоглобинопатий.

Жидкостная хроматография, масс-спектрометрия и др. позволяют идентифицировать любые метаболиты, специфические для конкретной наследственной болезни.

Биохимические методы

в пренатальной диагностике

Широкое применение нашел биохимический метод в пренатальной диагностике врожденных пороков развития.

Биохимические методы включают определение уровня альфа- фетопротеина, хорионического ганадотропина в сыворотке крови беременной.

Эти методы являются просеивающими для выявления врожденных пороков развития.

Например, при дефектах невральной трубки

повышается уровень альфа-фетопротеина.0

Молекулярно-генетические методы –

большая и разнообразная группа методов, предназначенная для выявления повреждений в структуре участка ДНК (гена, участка хромосомы) вплоть до расшифровки последовательности нуклеотидов.

Это наиболее точный метод диагностики моногенных наследственных заболеваний.

• В основе методов лежат генно-инженерные манипуляции с ДНК и РНК.
• Исходный этап молекулярно-генетических методов – получение образцов ДНК.
• Источником геномной ДНК – любые ядросодержащие клетки (лейкоциты, хорион, амниотические клетки).

ДНК-диагностика

Молекулярно-генетические методы (рекомбинантной ДНК) – позволяет обнаружить патологический ген в геноме):

• Образцы ДНК пациента под действием рестриктаз разрезаются на более короткие фрагменты.

• Полученные фрагменты разделяют электрофорезом в полиакриламидном геле на фракции, отличающиеся размером (молекулярной массой).
• Получение необходимого числа копий определенных фракций ДНК при помощи полимеразной цепной реакции (ПЦР).
• Тепловая денатурация размноженной фракции двухцепочечной ДНК на одноцепочечные фрагменты.
• Помещение этих фрагментов в среду с радиоактивным зондом (одноцепочечная ДНК, соответствующая патологическому гену).
• Если среди фрагментов ДНК имеется комплементарная зонду патологическая последовательность, то происходит образование двухцепочечной ДНК.
• Регистрация результата при помощи рентгеночувствительной пленки.