СОВРЕМЕННЫЕ ДОСТИЖЕНИЯ МЕДИЦИНСКОЙ ГЕНЕТИКИ

СОВРЕМЕННЫЕ ДОСТИЖЕНИЯ МЕДИЦИНСКОЙ ГЕНЕТИКИ

Медицинская генетика - раздел генетики, изучающий роль наследственности в патологии человека, закономерности передачи наследственных болезней, разрабатывающий методы диагностики, профилактики и лечения наследственной патологии, включая болезни с наследственной предрасположенностью

В основе наследственных болезней лежат патологические мутации в генах или хромосомах Моногенные НБ Хромосомные НБ Полигенные НБ (болезни предрасположенности) Болезни нуклеиновых кислот соматических клеток

Роль наследственности и среды в развитии патологии человека Собственно НБ – проявление патологической мутации в фенотипической патологии практически не зависит от факторов окружающей среды – все хромосомные и большая часть моногенных НБ НБ, где для проявления мутации необходимо воздействие специфического (относительно редкого) фактора окружающей среды – (экогенетические болезни)

Роль наследственности и среды в развитии патологии человека Болезни предрасположенности, где наследственные факторы проявляются при взаимодействии со средовыми влияниями: возраст начала, тяжесть течения и исход определяется как наследственными, так и средовыми факторами – большая часть неинфекционных болезней Экстремальные воздействия окружающей среды: травмы, ожоги, обморожения, инфекции – начало болезни чисто средовое, течение и исход зависят от наследственности

Грегор Мендель в 1865 г. публикует результаты изучения правил наследования различных признаков у гороха: законы доминирования, расщепления и чистоты гамет ( «Опыты над растительными гибридами» ). Сэр Фрэнсис Гальтон (1822 — 1911) — географ, антрополог и психолог, двоюродный брат Чарльза Дарвина в 1865 г. выпускает книгу «Наследование таланта и гениальность» . В 1900 г. Г. де Фриз (Голландия), К. Корзенс (Германия) и Э. Чермак (Австрия), проведя почти одновременно собственные опыты, не зная друг о друге и работе Менделя, «переоткрыли» основные законы генетики.

Медико-генетическое консультирование Профилактика наследственной патологии через медико-генетическое консультирование. В США первые программы обучения медико- генетическому консультированию до степени master появились в 1970 -х годах в Университете Сары Лоренс (Бронксвилл, Нью -Йорк). Они возглавлялись Мелиссой Рихтер и Куртом Хиршхорном.

ОТЕЧЕСТВННЫЕ УЧЕНЫЕ, ВНЕСШИЕ ВКЛАД В СОЗДАНИЕ МЕДИЦИНСКОЙ ГЕНЕТИКИ

Ген Один ген- один фермент - один признак Один ген- одна полипептидная цепь Один ген- одна м. РНК Ген-участок ДНК или РНК ( у некоторых вирусов), определяющий линейную последовательность полипептидной цепи или одной молекулы РНК

Методы медицинской генетики: Близнецовый Клинико-генеалогический Цитогенетический Биохимический Популяционно-статистический Молекулярно-генетический

Близнецовый метод Гемелалогия – наука о близнецах Конкордантность/ дискордантность – совпадение/ несовпадение по признаку Сравнение МБ и ДБ Коэффициент наследуемости по Хольцингеру: Смб - Сдб/100 – Сдб (х 100%): СД 2 типа – 57%, IQ – 65 -75% Метод контроля по партнеру

Клинико-генеалогический метод - прослеживания болезни или признака в семье или роду с указанием родственных связей Установление наследственного характера признака Определение типа наследования Анализ сцепления гена и картирование хромосом Изучение интенсивности мутационного процесса Расшифровка взаимодействия генов Медико-генетическое консультирование

Типы наследования Аутосомно-доминантный Аутосомно-рецессивный Х-сцепленный доминантный Х-сцепленный рецессивный У-сцепленный (голандрический) Митохондриальный Каталог Мак-Кьюсика (1990) А-Д - 2 406 А-Р - 1 721 Х-сцепленный - 367 Всего- 4 694

Цитогенетический метод Изучение кариотипа человека Кариотип – характеристика вида, в которой учтены число, величина и морфологические особенности хромосом кариотип - это «лицо» вида

Число хромосом в соматических клетках некоторых биологических видов Рожь - 14 Табак – 42 Картофель – 48 Капуста – 18 Кошка – 38 Мышь – 40 Собака – 78 Курица – 78 Лягушка – 26 Приматы – 48 _____________ Человек - 46

ИЗМЕНЕНИЕ ЧИСЛА И СТРУКТУРЫ ХРОМОСОМ Часть изменчивости, проявляющаяся, как правило, множественными врожденными пороками развития и умственной отсталостью, обусловлена изменением числа и структуры хромосом. Известно более 800 хромосомных синдромов, проявляющихся более или менее специфичным фенотипом.

ИДИОГРАММА КАРИОТИПА ЧЕЛОВЕКА

Биохимические методы Выявление биохимического фенотипа человека на всех уровнях от первичного продукта гена (полипептидной цепи) до конечных метаболитов в моче и поте На современном этапе в клинической практике применяется в основном в виде скринирующих программ

Скрининговые программы Неонатальный скрининг (ФКУ, гипотиреоз, галактоземия, болезнь, при котором моча имеет запах кленового сиропа, адреногенитальный синдром, муковисцидоз и т. д. ) Скрининг для выявления гетерозиготных носителей (болезнь Тея -Сакса, бета талассемия) Скрининг беременных: АФП, ХГ

Постскрининговые исследования Определение недостающих продуктов реакции (ФКУ-тирозин) Накопление субстрата реакции (ФКУ- фенилаланин) Избыток конечных продуктов (ФКУ- фенилэтиламин, фенилпируват) Поиск атипичных соединений

Скрининг новорожденных на наследственные болезни ЗАБОЛЕВАНИЯ, ВКЛЮЧЕННЫЕ В ПРОГРАММЫ СКРИНИНГА НОВОРОЖДЕННЫХ В РАЗЛИЧНЫХ ШТАТАХ США В 2000 Г. (ФКУ 51, Врожденный гипотиреоз 51, Галактоземия 50, Серповидноклеточная анемия 44, АГС 32, Недостаточность биотинидазы 24, Болезнь, при которой моча имеет запах кленового сиропа 24, Гомоцистинурия 17)

Популяционная генетика Годфри Харди, математик из Кэмбриджа и Вильгельм Вайнберг, врач из Штутгарта в 1908 г. объяснили принцип постоянства частоты гена в популяции, на которую не действуют возмущающие факторы. Фишер первым отметил необходимость коррекции смещения в отборе семей для установления типа наследования признаков у человека. Хогбен, Ленц и Мортон. Фишер, Холдейн, Райт и Четвериков – основатели популяционной генетики

Популяционно-статистический метод Закон Харди-Вайнберга (Р +Q)² = 1 (P + Q + X)² = 1 P²+2 PQ+Q² = 1

Карта обследованных популяций

Отягощенность городского и сельского населения АР, АД и Х-сц. патологией АР АД Х-сц.

Молекулярная генетика В 1953 г. Уотсон и Крик описывают структуру ДНК. 1966 г. Ниренберг предлагает расшифровку генетического кода. Открытие рестриктаз (Арбер и Смит), ПЦР, ПДРФ. Картирование генов наследственных болезней. Программа «Геном человека» . Клонирование генов миодистрофии Дюшенна, муковисцидоза и многих других.

Молекулярно-генетические методы диагностики Выделение ДНК Полимеразная цепная реакция Рестрикционный анализ Электрофорез в полиакриламидном и агарозном геле Блотинг по Саузерну

Источники геномной ДНК Цельная кровь Культура клеток Букальный эпителий Пятна высушенной крови Другие источники Сыворотка, плазма крови, образцы мочи, образцы тканей При делециях мт. ДНК предпочтительный материал – образец мышечной ткани

ПЦР Состав реакционной смеси: Образец Буфер, содержащий ионы магния Смесь д. НТФ Taq-полимераза Специфические олигонуклеотидные праймеры

ПЦР Стадии ПЦР Денатурация Отжиг Элонгация

ПЦР полимеразная цепная реакция

Специфичность ПЦР

Электрофорез

Мультиплексная ПЦР с несколькими парами праймеров, соответствующих разным участкам гена Пример –ДНК-диагностика делеций при миодистрофии Дюшена

Гибридизация Комплементарное взаимодействие между одноцепочечными полинуклеотидами из разных источников меченная ДНК –проба, зонд связывается с комплементарной ей последовательностью

Блотинг Саузерн-блотинг 1. Рестрикция 2. Разделение изучаемого фрагмента в геле 3. Денатурация 4. Перенос на мембрану 5. Гибридизация с меченной пробой

Биочипы Матрица на которую нанесены тысячи олигонуклеотидов Олигонуклеотиды специфично гибридизуются с меченными молекулами ДНК

Секвенирование ДНК

ВКЛАД ГЕНЕТИКИ В МЕДИЦИНУ l Диагностика, профилактика и лечение наследственных болезней l Оценка предрасположенности при мультифакториальных болезнях l Изучение генетических болезней соматических клеток l Судебно-медицинские исследования l Генотерапия l Фармакогенетические достижения l Клонирование

НАСЛЕДСТВЕННЫЕ ФАКТОРЫ В ФЕНОТИПИЧЕСКОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ ОСНОВНОЙ ВКЛАД ГЕНЕТИКИ В МЕДИЦИНУ - УСТАНОВЛЕНИЕ РОЛИ НАСЛЕДСТВЕННЫХ ФАКТОРОВ В ИЗМЕНЧИВОСТИ ФЕНОТИПИЧЕСКИХ ПРИЗНАКОВ, В ТОМ ЧИСЛЕ ПАТОЛОГИЧЕСКИХ, У ЧЕЛОВЕКА

Диагностика наследственных болезней распространенность наследственной патологии (на 1 000 чел. ) Генные болезни 10, 0 Хромосомные болезни 5, 0 ВПР 20, 0 Болезни с насл. предрасполож. у детей 10, 0 Болезни с насл. предрасполож. у взросл. 150, 0

Доля генетической обусловленности показателей мед. статистики Младенческая смертность – 20 -30% Спонтанные аборты и выкидыши – 40 -50% Врожденная глухота – 50% Врожденная слепота – 70% Умственная отсталость – 80% Причины болезней госпитализиро- ванных детей – 20 -40% Причины болезней госпитализиро- ванных взрослых – 20 -50%

ПРОГРАММА «ГЕНОМ ЧЕЛОВЕКА» Целями проекта были: Идентифицировать все гены (примерно 20000 - 25000 генов) генома человека Определить последовательность 3 млрд. пар нуклеотидов, составляющих геном Сохранить всю информацию в базах данных Усовершенствовать методы анализа данных Установить какие этические и социальные проблемы могут возникнуть в связи с Проектом

МУТАЦИИ ОТДЕЛЬНЫХ ЯДЕРНЫХ ГЕНОВ Значительная часть изменчивости у человека обусловлена существованием мутантных аллелей разных генов OMIM Статистики на 4 февраля 2010 АУТОСОМ. Х-СЦ. Y-СЦ. МИТОХОНДР. ВСЕГО * ГЕНЫ С ИЗВЕСТНОЙ 12339 609 48 35 13031 ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬЮ + ГЕНЫ С ИЗВЕСТНОЙ + ГЕНЫ 323 19 0 2 344 ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬЮ И ФЕНОТИПОМ # ОПИСАНИЕ ФЕНОТИПОВ С # ОПИСАНИЕ 2453 216 4 2699 ИЗВЕСТНОЙ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ОСНОВОЙ % МЕНДЕЛЕВСКИЙ ФЕНОТИП, % МЕНДЕЛЕВСКИЙ 1644 142 5 0 1791 ИЛИ ЛОКУС С НЕИЗВЕСТНОЙ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ОСНОВОЙ ФЕНОТИПЫ, ДЛЯ КОТОРЫХ 1865 136 2 0 2003 ПРЕДПОЛАГАЕТСЯ МЕНДЕЛЕВСКОЕ НАСЛЕДОВАНИЕ ВСЕГО 18624 1122 59 63 19868

ДНК ДИАГНОСТИКА И ДРУГИЕ ПРИЛОЖЕНИЯ ИЗУЧЕНИЯ ГЕНОМОВ РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ДНК ДИАГНОСТИКИ НАСЛЕДСТВЕННЫХ БОЛЕЗНЕЙ: ПРЯМЫЕ И НЕПРЯМЫЕ МЕТОДЫ ДНК ДИАГНОСТИКИ РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ДНК ДИАГНОСТИКИ ИНФЕКЦИОННЫХ АГЕНТОВ РАЗРАБОТКА ДНК ВАКЦИН - НОВОЕ НАПРАВЛЕНИЕ ПРОФИЛАКТИЧЕСКОЙ МЕДИЦИНЫ

ДНК-диагностика Подтверждение диагноза Диагностика носительства Пресимптоматическая диагностика Пренатальная (дородовая) диагностика Предимплантационная диагностика

Прямая ДНК-диагностика Определение мутации, являющейся непосредственной причиной заболевания Косвенная ДНК-диагностика Определение хромосомы, несущей поврежденный ген при семейном анализе

ДНК-ДИАГНОСТИКА НАСЛЕДСТВЕННЫХ БОЛЕЗНЕЙ ПРЯМОЙ АНАЛИЗ НЕПРЯМОЙ АНАЛИЗ ТРЕБОВАНИЯ: ГЕН ДОЛЖЕН БЫТЬ КЛОНИРОВАН; ТОЧНАЯ КЛИНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА; МУТАЦИИ ОХАРАКТЕРИЗОВАНЫ ГЕН ЛОКАЛИЗОВАН; ЕСТЬ ТЕСНО СЦЕПЛЕННЫЕ МАРКЕРЫ; ДОСТУПНА ДНК ОТ ЧЛЕНОВ СЕМЬИ ПРЕИМУЩЕСТВА: 100% ТОЧНОСТЬ; ДОСТУПЕН ДЛЯ ОЧЕНЬ БОЛЬШОГО БЫСТРОТА; ЧИСЛА НАСЛЕДСТВЕННЫХ НЕ ОБЯЗАТЕЛЬНА ДНК ОТ ВСЕХ БОЛЕЗНЕЙs. ЧЛЕНОВ СЕМЬИ. НЕДОСТАТКИ: ГЕН ДОЛЖЕН БЫТЬ ХОРОШО ТОЧНОСТЬ <100%. ОХАРАКТЕРИЗОВАН. МЕТОДЫ: БЛОТ ПО САУЗЕРНУ (делеции, БЛОТ ПО САУЗЕРНУ (ПДРФ) дупликации, расширение повторов) ПЦР (точковые мутации, делеции, ПЦР (микросателлиты ПДРФ) расширение повторов). Gene Tests – система из 577 лабораторий США, обеспечивающих генетическое тестирование 1148 заболеваний, из них 831 заболевание тестируется в клинических целях.

ДНК-ДИАГНОСТИКА ПРЯМАЯ ДНК- КОСВЕННАЯ ДИАГНОСТИКА ДНК-ДИАГНОСТИ КА Возможна только когда Возможна когда известно известна структура гена положение гена, а мутация или последовательность неизвестны Возможна и без больного обязательно проведение члена семьи ( анализ ДНК семейного анализа и анализ родителей пробанда) образца больного члена семьи Высокая точность Точность зависит от Возможна при полилокусном расположения маркеров заболевании Обязательно наличие одного локуса заболевания

Прямая ДНК-диагностика ПЦР ( мультиплексная ПЦР, аллель- специфическая амплификация, ПДАФ) ПЦР-ПДРФ анализ ( анализ полиморфизма длины рестрикционных фрагментов) Секвенирование (определение последовательности) гена Блотинг по Саузерну Биочипы

Косвенная ДНК-диагностика Основана на анализе 1 2 3 4 сцепления Анализ полиморфных маркеров ДНК 1 4 2 3 1 3

Лечение наследственных болезней Симптоматическое – колхицин при подагре, аналгетики, противосудорожные и т. д. Патогенетическое – муковисцидоз, гепато- церебральная дегенерация, болезни обмена Используются все современные виды лечения (лекарства, диета, физиотерапия, хирургические методы) Этиотропное - генотерапия

ЛЕЧЕНИЕ НАСЛЕДСТВЕННЫХ БОЛЕЗНЕЙ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ

МЕДИКО-ГЕНЕТИЧЕСКОЕ КОНСУЛЬТИРОВАНИЕ На первое место из практических приложений генетики в здравоохранение можно поставить создание института медико-генетических консультаций. Одна из первых медико-генетических консультаций в мире была создана выдающимся отечественным невропатологом и генетиком С. Н. Давиденковым в начале 20 -х годов сначала в Москве, а затем в Ленинграде.

Цели и задачи медико- генетических консультаций Уточнение диагноза наследственного заболевания Определение типа наследования заболевания в семье Прогноз потомства в семье Объяснение в доступной форме смысла медико- генетического заключения и помощь в принятии решения по дальнейшему деторождению Пропаганда медико-генетических знаний среди врачей и населения

Группы населения, обращающиеся в медико-генетическую консультацию ГРУППЫ ЦЕЛЬ ПРОЦЕНТ НАСЕЛЕНИЯ ОБРАЩЕНИЯ СЕМЕЙ ЗДОРОВЫЕ СУПРУГИ, ПРОГНОЗ ПОТОМСТВА 65 ИМЕЮЩИЕ БОЛЬНОГО РЕБЕНКА ЛИЦА С УТОЧНЕНИЕ ДИАГНОЗА 30 НАСЛЕДСТВЕННОЙ ПАТОЛОГИЕЙ ЗДОРОВЫЕ ЛИЦА, ПРОГНОЗ ЗОРОВЬЯ И 5 ИМЕЮЩИЕ БОЛЬНЫХ ПОТОМСТВА РОДСТВЕННИКОВ

Основные группы патологии в медико- генетической консультации ГРУППЫ ПАТОЛОГИИ ПРОЦЕНТ СЕМЕЙ ВРОЖДЕННЫЕ ПОРОКИ РАЗВИТИЯ 30, 6 НЕРВНО-ПСИХИЧЕСКИЕ БОЛЕЗНИ И СИНДРОМЫ 27, 8 НЕВЫНАШИВАНИЕ БЕРЕМЕННОСТИ И 18, 2 БЕСПЛОДИЕ ПРОЧИЕ 15, 4

Категории генетического риска в медико-генетической консультации КАТЕГОРИИ РИСКА ПРОЦЕНТ СЕМЕЙ НИЗКИЙ (ДО 5%) 62 СРЕДНИЙ (ДО 20%) 13 ВЫСОКИЙ (СВЫШЕ 20%) 25

Уровни медико-генетической помощи населению ЧИСЛЕННОСТЬ УЧРЕЖДЕНИЯ НАСЕЛЕНИЯ Федеральные центры: новые методы диагностики (биохимические, цитогенетические, 150 млн. молекулярно-генетические), консультирования, пренатальной диагностики, лечения и реабилитации Межрегиональные медико-генетические консультации: консультирование, 6 – 8 млн. цитогенетическая и биохимическая диагностика, пренатальня. Я диагностика (УЗИ, сывороточные маркеры, инвазивная), скринингна ФКУ и инвазивная), гипотиреоз Медико-генетические консультации: консультирование, цитогенетическая и 1, 5 – 2 млн. биохимическая диагностика, пренатальная диагнгостика (УЗИ, сывороточные маркеры) Врач-генетик ЦРБ: отбор семей с наследственной патологией и направление их в МГК 50 – 60 тыс.

Задача МГК с медицинской точки зрения – составление медико- генетического прогноза в семье Медико-генетический прогноз включает в себя три элемента: определение степени генетического риска оценку тяжести медицинских и социальных последствий заболевания перспективу применения методов пренатальной диагностики

Задача МГК с социальной точки зрения – помощь семье в принятии правильного решения Врач-генетик должен помочь консультирующимся понять медицинские факты, тип наследования заболевания, генетический риск его повторения в семье, лучше адаптироваться к несчастью и принять правильное решение относительно дальнейшего деторождения. Эффективность МГК напрямую зависит от грамотного выполнения этой коммуникативной функции врача-консультанта.

Неонатальный скрининг включает в себя систему мероприятий: выявление новорожденных с определенными заболеваниями на доклинической стадии; раннее патогенетическое лечение, позволяющее дать обществу полноценных индивидуумов; медико-генетическое консультирование семьи с целью не допустить повторное рождение больного ребенка

Неонатальный скрининг на наследственные заболевания является принципиально новым подходом к профилактике, предложенный медицинской генетикой практическому здравоохранению в ХХ веке

Требования к программам неонатального скрининга на наследственные болезни Требования сформулированы ВОЗ в 1968 году, т. н. «золотой стандарт» Заболевание клинически и лабораторно должно быть хорошо изучено Частота заболевания в популяции должна быть достаточно высокой Заболевание должно быть тяжелым, или даже летальным Лабораторные тесты не должны давать ложноотрицательных результатов Лабораторные тесты должны быть простыми, безопасными и этически приемлемыми Должно быть разработано эффективное лечение скринируемого заболевания Скрининг должен быть экономически эффективным

Этим требованиям отвечают следующие заболевания: Фенилкетонурия – в мире скрининг начат с 1964 года, в России – с 1985 года; Врожденный гипотиреоз – в мире скрининг начат с 1973 года, в России – с 1993 года; Адрено-генитальный синдром – проводится во многих странах мира, в России с 2006 года (в рамках национального проекта по здравоохранению); Галактоземия - проводится в некоторых странах мира, в России с 2006 года (в рамках национального проекта по здравоохранению); Муковисцидоз - проводится в некоторых странах мира, в России с 2006 года (в рамках национального проекта по здравоохранению

Пренатальная диагностика Впервые была предложена Фухсом в 1956 г. (статья в Nature «Пренатальное определение пола» )

Пренатальная диагностика Пренатальная диагностика позволяет перейти от вероятностного к однозначному прогнозированию исхода беременности. Первые попытки инвазивной пренатальной диагностики сделаны в середине 50 -х годов прошлого века в связи с эритробластозом у плода, обуслов- ленным Rh-изоиммунизацией.

Пренатальная диагностика успешно использует методы, относящиеся к акушерству и гинекологии , лучевой диагностике и медицинской генетике. Разработка методов инвазивных диагностических процедур получения клеток плода в сочетании со все расширяющимися возможностями ДНК-диагностики создала предпосылки для дородовой диагностики широкого круга наследственных болезней. Пренатальная диагностика является особым видом помощи семье, заключающимся в профилактике новых случаев заболевания.

Общие показания к проведению пренатальной диагностики Повышенный генетический риск рождения ребенка с наследственным или врожденным заболеванием. Тяжелый характер заболевания, оправдывающий прерывание беременности Отсутствие удовлетворительного способа лечения предполагаемого заболевания Наличие точного диагностического теста Согласие семьи на проведение пренатальной диагностики и прерывание беременности по показаниям

Неинвазивные (скринирующие) методы УЗИ плода Сывороточные факторы в крови матери – тройной тест (АФП, ХГЧ, НЭ) Новые сывороточные маркеры: димерный ингибин А, бета-коровый фрагмент ХГЧ (в моче), белок беременных РАРР-А Клетки плода (эритробласты, лимфоциты) в кровяном русле матери

Инвазивные (диагностические) методы Амниоцентез Биопсия ворсин хориона Кордоцентез Фетоскопия

Генетика соматических клеток Гибридизация соматических клеток: вирус Сендай и пропиленгликоль обеспечивают слияние соматических клеток, селективная среда, обеспечивающая изоляцию гибридных клеток. Картирование генов на индивидуальных хромосомах (первый картированный ген – ген тимидинкиназы). Культура клеток He. La – из клеток рака матки. Клональное происхождение раковых клеток.

МУТАЦИИ ГЕНОВ СОМАТИЧЕСКИХ КЛЕТОК Мутации генов соматических клеток , являются одной из основных причин онкологических заболеваний. Наиболее важная роль в малигнизации клеток принадлежит мутациям в генах протоонкогенов и генах супрессорах опухолевого роста. Та и другая система генов в норме имеет непосредственное отношение к клеточному делению. По- видимому , мутации генов соматических клеток имеют отношение не только к возникновению опухолей , но и к старению , а также к патогенезу распространенных неинфекционных заболеваний , таких , например , как атеросклероз и др.

Генетическая дактилоскопия В ДНК человека присутствует огромное число вариабельных точек, по которым наблюдается высокая индивидуальная изменчивость Молекулярный анализ этих участков генома позволяет проводить идентификацию человека Для анализа пригоден любой биологический материал

Вариабельность ДНК Около 99, 7% ДНК-последовательности у всех людей идентичны Около 0, 3% (примерно 10 000 нуклеотидов) различаются между отдельными индивидами.

Повторяющиеся последовательности Сателлитная ДНК – размер повторяющегося элемента от нескольких сотен до нескольких тысяч пн Минисательтная ДНК (VNTR – variant number tandem repeats) размер повторяющегося элемента 10 -100 пн Микросательтная ДНК (STR – short tandem repeats) размер повторяющегося элемента 2 - 6 пн

Полиморфные варианты ДНК Различия в последовательности ДНК (Однонуклеотидные полиморфизмы – SNP) ------AGGCTG------- ------AAGCTG------- Различия в длине последовательностей -----AATG-------- -----AATG-------

ГЕНОТЕРАПИЯ – НОВОЕ НАПРАВЛЕНИЕ В ЛЕЧЕНИИ БОЛЕЗНЕЙ ЧЕЛОВЕКА, КОТОРОЕ РАССМАТРИВАЕТСЯ КАК ФАРМАКОТЕРАПИЯ XXI ВЕКА

Генотерапия – это метод для исправления дефектного гена, ответственного за развитие заболевания. Для исправления дефектного гена могут быть использованы разные подходы: Наиболее часто в ядро вводится нормальный ген без специфической локализации для замещения дефектного гена. Дефектный ген может быть замещен нормальным геном с помощью гомологичной рекомбинации. Дефектный ген может быть исправлен с помощью селективной обратной мутации. Может быть изменена регуляция определенного гена (уровень его активности).

Цели генотерапии Коррекция наследственной патологии: введение нормально работающего гомолога дефектного гена в клетки- мишени Придание клеткам-мишеням новых функций, способствующих устранению патологических процессов: введение генов, обладающих условным цитотоксическим эффектом или способствующих формированию выраженного иммунного ответа (опухоли, инфекции)

ОБЩАЯ СХЕМА ГЕНОТЕРАПИИ

УСЛОВИЯ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ГЕНОТЕРАПИИ ИДЕНТИФИКАЦИЯ И КЛОНИРОВАНИЕ ГЕНА, ПРОДКУТЫ КОТОРОГО НЕОБХОДИМЫ ДЛЯ ЛЕЧЕНИЯ ЗАБОЛЕВАНИЯ ЗНАНИЕ ЗВЕНЬЕВ ПАТОГЕНЕЗА ЗАБОЛЕВАНИЯ, КОТОРОЕ ПРЕДПОЛАГАЕТСЯ ЛЕЧИТЬ ГЕНОТЕРАПИЕЙ РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ ДОСТАВКИ ГЕНА В КЛЕТКИ- МИШЕНИ (трансгеноз) СОЗДАНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ КОНСТРУКЦИИ, КОТОРАЯ ОБЕСПЕЧИТ ВЫСОКУЮ И ПРОДОЛЖИТЕЛЬНУЮ АКТИВНОСТЬ ТРАНСГЕНА ДЛЯ СОМАТИЧЕСКОЙ ГЕНОТЕРАПИИ ТРАНСГЕНОЗ МОЖЕТ БЫТЬ ПРОВЕДЕН EX VIVO И IN VIVO

Способы введения экзогенных ДНК Генная терапия ex vivo предполагает выделение и культивирование специфических типов клеток пациента или их предшественников (стволовые клетки), введение в них чужеродных генов, отбор трансфецированных клеток и реинфузия их тому же пациенту Генная терапия in vivo основана на прямом введении клонированных и упакованных последовательностей ДНК в специфические ткани больного

ВИРУСЫ, КОТОРЫЕ ИСПОЛЬЗУЮТСЯ В КАЧЕСТВЕ ВЕКТОРОВ ДЛЯ ДОСТАВКИ «ТЕРАПЕВТИЧЕСКОГО» ГЕНА В КЛЕТКИ – МИШЕНИ ХОЗЯИНА ИСПОЛЬЗУЮТСЯ СПЕЦИАЛЬНЫЕ МОЛЕКУЛЫ ПЕРЕНОСЧИКИ, КОТОРЫЕ НАЗЫВАЮТСЯ ВЕКТОРАМИ. ЧАЩЕ ВСЕГО В КАЧЕСТВЕ ВЕКТОРОВ ИСПОЛЬЗУЮТ ГЕНЕТИЧЕСКИ МОДИФИЦИРОВАННЫЕ ВИРУСЫ: РЕТРОВИРУСЫ- класс вирусов, геном которых представлен молекулой РНК. В клетках хозяина на основе этой РНК образуется двунитевая ДНК, которая может интегрироваться в геном делящихся соматических клеток. АДЕНОВИРУСЫ - класс вирусов, геном которых представлен двунитевой молекулой ДНК. Встраиваются в геном неделящихся клеток в присутствии клеток-помощников. АДЕНОАССОЦИИРОВАННЫЕ ВИРУСЫ – класс вирусов, геном которых представлен однонитевой молекулой ДНК, способной встраиваться в специфический сайт хромосомы 19. ВИРУС ПРОСТОГО ГЕРПЕСА - класс вирусов, геном которых представлен двунитевой молекулой ДНК.

ГЕНЕТИЧЕСКАЯ МОДИФИКАЦИЯ ВИРУСОВ-ВЕКТОРОВ ЧТОБЫ ИСПОЛЬЗОВАТЬ ВИРУСЫ В КАЧЕСТВЕ ВЕКТОРОВ ИХ ГЕНЕТИЧЕСКИ МОДИФИЦИРУЮТ – УДАЛЯЮТ ГЕНЫ ВИРУСА, ОТВЕТСТВЕННЫЕ ЗА ПАТОГЕННОСТЬ И ВСТАВЛЯЮТ ГЕНЕТИЧЕСКУЮ КОНСТРУКЦИЮ, СОДЕРЖАЩУЮ «ТЕРАПЕВТИЧЕСКИЙ» ГЕН.

ГЕНЕТИЧЕСКАЯ МОДИФИКАЦИЯ АДЕНО- АССОЦИИРОВАННОГО ВИРУСА ИЗ ВИРУСА УДАЛЯЮТ REP И CAP ГЕНЫ, КОТОРЫЕ ОТВЕЧАЮТ ЗА СИНТЕЗ БЕЛКОВ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ РЕПЛИКАЦИЮ ВИРУСА, ЕГО ИНТЕГРАЦИЮ В ГЕНОМ ХОЗЯИНА И ОБРАЗОВАНИЕ ОБОЛОЧКИ. ВМЕСТО НИХ ВСТАВЛЯЮТ ГЕН ЧЕЛОВЕКА С РЕГУЛИРУЮЩИМИ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЯМИ. ТАКОЙ ВИРУС МОЖЕТ РАЗМНОЖАТЬСЯ ТОЛЬКО С ПОМОЩЬЮ «ПОМОШНИКА , НАПР. НОРМАЛЬНОГО АДЕНО-АССОЦИИРОВАННОГО ВИРУСА.

ДРУГИЕ СПОСОБЫ ДОСТАВКИ ТРАНСГЕНОВ ФИЗИЧЕСКИЕ: электропорация ДНК, бомбардировка частицами золота с нанесенными на них ДНК, микроинъекции ДНК ХИМИЧЕСКИЕ: кальций-фосфатная преципитация ЭНДОЦИТОЗ С УЧАСТИЕМ РЕЦЕПТОРОВ: комплекс ДНК-белок, комплекс ДНК-оболочка вируса СЛИЯНИЕ: липосомы (липидные пузырьки с заключенными в них молекулами ДНК, которые проникают через клеточную оболочку)

Подходы к генокоррекции онкологических заболеваний Вводимые гены: Принцип: Гены цитокинов, Повышение иммунореактивности чужеродных опухоли антигенов Инсерция генов Гены тимидинкиназы, «самоубийц» цитозиндезаминазы Блок экспрессии онкогенов Антисмысловые м. РНК Инсерция генов- Антионкоген Р 53 супрессоров опухоли Гены лекарственной Защита нормальных устойчивости тип 1 клеток от химиотерапии

Подходы к генокоррекции вирусных инфекций Разрушение регуляторных механизмов вирусов. Впервые апробирована на вирусе иммунодефицита HIV – путем введения в Т- лимфоциты от 20 до 50 копий TAR-гена Введение в пораженные ткани антисмысловых последовательностей, способных гибридизоваться с вирусами и, таким образом, их нейтрализовывать

ГЕНОТЕРАПИЯ МУКОВИСЦИДОЗА 327 БОЛЬНЫХ МУКОВИСЦИДОЗОМ ДОБРОВОЛЬЦЕВ УЧАСТВОВАЛИ В ГЕНОТЕРАПЕВТИЧЕСКИХ ЭКСПЕРИМЕНТАХ КЛИНИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ ГЕНОТЕРАПЕВТИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ ПОКАЗАЛИ, ЧТО МОЖНО ДОБИТЬСЯ ЭКСПРЕССИИ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО БЕЛКА CFTR В ЛЕГОЧНОЙ ТКАНИ БЕЗ ПОБОЧНЫХ ЭФФЕКТОВ. ОДНАКО УРОВЕНЬ ЭКСПРЕССИИ ГЕНА МУКОВИСЦИДОЗА ПОКА ОСТАЕТСЯ ОЧЕНЬ НИЗКИМ ДЛЯ ДОСТИЖЕНИЯ ТЕРАПЕВТИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА.

ГЕНОТЕРАПИЯ ПО ГОДАМ

ГЕНОТЕРАПИЯ ПО КОНТИНЕНТАМ

ГЕНОТЕРАПИЯ ПО СТРАНАМ

ГЕНОТЕРАПИЯ ПО ЗАБОЛЕВАНИЯМ

ФАЗЫ ГЕНОТЕРАПИИ ПРЕКЛИНИЧЕСКАЯ ФАЗА – ЛАБОРАТОРНЫЕ ЖИВОТНЫЕ; 1 ФАЗА – НА ЗДОРОВЫХ ДОБРОВОЛЬЦАХ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ; 2 – НА БОЛЬНЫХ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИМАЛЬНОЙ ДОЗЫ И ВЫЯВЛЕНИЯ ПОЛОЖИТЕЛЬНОГО ЭФФЕКТА; 3 – НА БОЛЬШЕЙ ГРУППЕ БОЛЬНЫХ С ДОПОЛНИТЕЛЬНЫМИ ДОКАЗАТЕЛЬСТВАМИ БЕЗОПАСНОСТИ И ЭФФЕКТИВНОСТИ

ФАРМАКОГЕНЕТИКА И ФАРМАКОГЕНОМИКА – НОВЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ФАРМАКОЛОГИИ МЕТАБОЛИЗМ ЛЕКАРСТВ НАХОДИТСЯ ПОД ГЕНЕТИЧЕСКИМ КОНТРОЛЕМ. ГЕНОТИПИРОВАНИЕ ПО ГЕНАМ МЕТАБОЛИЗМА КСЕНОБИОТИКОВ НЕОБХОДИМО ДЛЯ ВЫЯВЛЕНИЯ ИНДИВИДУАЛЬНОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ К ЛЕКАРСТВАМ п. РОДУКТЫ ГЕНОВ, АССОЦИИРУЮЩИХ С ПРЕДРАСПОЛОЖЕННОСТЬЮ К РАЗЛИЧНЫМ МУЛЬТИФАКТОРИАЛЬНЫМ ЗАБОЛЕВАНИЯМ, ТЕОРЕТИЧЕСКИ ЯВЛЯЮТСЯ МИШЕНЯМИ ДЛЯ ДЕЙСТВИЯ НОВЫХ ЛЕКАРСТВЕННЫХ СРЕДСТВ

ГЕНЕТИКА ПРОМЫШЛЕННЫХ МИКРОРГАНИЗМОВ И СИНТЕЗ ЛЕКАРСТВЕННЫХ ПРЕПАРАТОВ Все штаммы промышленных микроорганизмов-продуцентов антибиотиков, аминокислот, нуклеозидов, ферментов получены с помощью генетического конструирования, которое включает получение и выделение необходимых мутантов, как правило, с использованием индуцированного мутагенеза, позволяющие получить штамм-продуцент, отличающийся от исходного по выходу целевого продукта иногда в тысячи раз. Использование технологии генетической инженерии, когда в микробную клетку вводят гены или к. ДНК человека, привело к микробиологическому синтезу ряда белков человека, в том числе гормонов (инсулин и гормон роста), факторов свертывания крови (фактор VIII, IX и тканевой активатор плазминогена), бета-интерферона, гамма- нтерферона, альфа-интерферона, интерлейкина 2, эритропоэтина и др.

Клонирование Точное воспроизведение живого объекта в каком-то количестве копий. (копии идентичны по набору генов) Растения – черенкование, животные – бесполое размножение Монозиготные близнецы – природные клоны Первые работы по клонированию в СССР 40 -е годы XX века акад. В. А. Струнников (тутовый шелкопряд)