Centrální dogma molekulární biologie deklaruje, že genetická informace je zakódována v dvojité spirále - dvoušroubovicové molekule DNA. Informace je v DNA zakódována v posloupnosti (sekvenci) nukleotidů, jejichž součástí jsou dusíkaté báze (purinové – adenin, A, guanin, G, pyrimidinové – cytosin, C a thymin, T). Komplementárním párováním bází (A-T,G-C) jsou oba řetězce DNA spolu spojeny.

Při buněčném dělení, před rozdělením buňky se DNA replikuje a genetická informace je předávána dceřinným buňkám dalších buněčných generací. U některých systémů (virů) je základní genetická informace zapsána v RNA, která se také replikuje. Je znám i proces reverzní transkripce, při kterém se genetická informace přepisuje z RNA do DNA ( např. v průběhu životního cyklu retrovirů).

DNA je v buňce lokalizována v chromozomech buněčného jádra a v mimojaderné formě jako mitochondriální DNA.

V procesu transkripce je u eukaryot informace komplementárně přepsána do hetrogenní jaderné RNA (hnRNA), která se stává po postranskripčních úpravách - sestřihu ( vystřižení intronů), syntézy čepičky na 5´konci RNA a poly(A) ocasu na 3´konci), funkční mediátorovou – mRNA a přechází do cytoplasmy aby se spojila s buněčnými ribozomy, kde probíhá translace, resp. proteosyntéza.

Proteosyntéza (podle: Raven P.H., Johnson G.B.: Biology, 3rd Ed., Mosby, London, 1992)

Informace mRNA je překládána z jazyku bazí do jazyka aminokyselin a jejich sekvence v proteinu. Komplementárně přepsaný triplet bazí do mRNA, který koduje určitou aminokyselinu se nazývá kodon. Soubor 64 tripletových kodonů pro 20 aminokyselin a 3 stopkodonů představuje genetický kod. Každý kodon (kromě STOP kodonů ) v sekvenci mRNA koduje specifickou aminokyselinu v sekvenci polypeptidu, genetický kod je nepřekryvný. Některé aminokyseliny jsou kódovány více než jedním tripletem, což označuje termín degenerace kódu. Pořadí tripletových kodonů v genu, jak jsou postupně čteny a překládány od iniciačního kodonu ke stop kodonu se nazývá čtecí rámec. Ribozomy jsou složeny ze dvou podjednotek jejichž nejpodstatnější částí jsou 4 typy ribozomální RNA (rRNA). V ribozomu představuje mRNA templát s kodony, na které postupně nasedají transferové RNA (tRNA) odpovídajícími antikodony na antikodonové kličce. Na aminoacylovém konci tRNA je navázána příslušná aminokyselina, která se peptidickou vazbou spojí s předchozí aminokyselinou polypeptidového řetězce. Terminační kodon translaci ukončí. Polypeptidový řetězec dále podléhá posttranslačním úpravám tj. např. změny konformace, zkrácení nebo rozštěpení řetězce, acetylace, glykosidace. Posttranslační úpravy jsou jedním z mechanismů vedoucích k produkci několika proteinů z jednoho genu.

Projekt analýzy lidského genomu měl za úkol zmapovat lidský genom, další úsilí směřuje k identifikaci mutací a polymorfismů.

Téměř každé onemocnění je výsledkem kombinovaného působení genů a prostředí. Podíl genetické komponenty může být větší nebo menší.

Geneticky podmíněná onemocnění jsou obvykle rozdělena do tří kategorií :

· monogenní onemocnění

· chromosomální poruchy

· multifaktoriální onemocnění

Cytogenetika se zabývá studiem struktury, funkce a evoluce chromosomů. Zabývá se také chováním chromosomů v průběhu dělení zárodečných i somatických buněk. Lidská a klinická cytogenetika sleduje především změny a nepravidelnosti procesů, které mohou vést ke

· strukturním a

· početním

odchylkám chromosomů v buněčných jádrech. Důsledkem těchto změn dochází ke vzniku mentální retardace, mnohočetných vrozených vývojových vad, infertility a spontánních abortů v lidské populaci.

Početní změny autosomů zahrnují například časté trisomie chromosomů, strukturní změny autosomů jsou nejčastěji delečními syndromy.

Početní a strukturní změny pohlavních chromosomů (heterochromosomů, gonosomů) mohou vzniknout během meióze nebo při následujících děleních. Početní změny heterochromosomů jsou častější, než změny strukturní.

Při početních změnách heterochromosomů může mít postižený jedinec následující chromosomový komplement:

· Chybí jeden pohlavní chromosom (monosomie X).

· Jeden nebo více pohlavních chromosomů je nadpočetných (trisomie, tetrasomie, pentasomie X, nebo YY).

· Následkem mozaicismu má postižený jedinec dvě nebo více buněčných linií.

· Postižený jedinec má dvě buněčné linie: 46,XX a 46,XY a jedná se o pravý chimérizmus. Ten může vzniknout velmi časnou fúzí dvou oplozených oocytů nebo dispermií.

Frekvence výskytu odchylek pohlavních chromosomů a autosomů

Výskyt odchylek pohlavních chromosomů
47,XYY + 47,XYY mozaika	1:1000
47,XXY + 47,XXY mozaika	1:900
46,XX	1:16 000
45,X/46,XY	1:30000
46, X inv (Y)	1:4000
45,X + 45,X mozaika	1:2500
47,XXX	1:800
fraX	1:1200 mužů, 1:2000 žen
Výskyt autosomálních odchylek
47, + 13	1:20000
47, + 18	1:6000
47, + 21	1:850
47, + marker chromosom	1:5000
47, + marker, mozaika	1:10000
delece	1:10000
inverze	1:8000
D/D translokace	1:1200
D/G translokace	1:5000
reciproké translokace	1:1 200

Podle Vogel, Motulsky: Human Genetics, Springer Verlag, Berlin - Heidelberg, 1986, str. 335.

Onkogenetika vysvětluje genetický základ maligních onemocnění. Buněčné dělení a buněčná smrt je pod genetickou kontrolou a jestliže somatická mutace vytvoří variantu proliferující rychleji, mutantní klon bude mít tendenci v organismu přerůst. V procesu kancerogeneze se uplatňují mutace zejména několika skupin genů, zejména onkogeny a tumor supresorové geny.

Mezi maligními onemocněními převládají sporadické neoplázie (kolem 70 %), familiární nádory (kolem 20 %) a hereditární formy nádorů (kolem 10 %).

Nejnovější molekulárně genetické technologie – microarrays, neboli čipy však představují největší pokrok v poznání nejen kancerogeneze, ale i v klasifikaci nádorů, prognostických parametrů a charakterizaci jejich interindividuální variability a diferencované léčby. Čipy umožňují sledovat mutace nebo exprese tisíců až desetitisíců genů v různých stadiích vývoje onkogenetického procesu. Nevýhodou čipových technologií je v současné době jejich nákladnost, některé problémy standardizace vyhodnocování a techniky odběru tkání. Prvé výsledky jsou však více než slibující. U karcinomu prsu se např. prokázalo, že na jeho vzniku a vývoji se podílí kolem 300 genů. Na podkladě expresních profilů genů byly ca prsu reklasifikovány a na rozdíl od klinické klasifikace navrženy některé specifické terapeutické postupy.

Nádorová cytogenetika

Většina změn, které nacházíme v nádorových buňkách jsou změny získané a jsou klonální. Podle mezinárodně uznávané definice považujeme za klonální změnu nález dvou mitóz se stejnou odchylkou ve smyslu chromosomové přestavby (translokace, inverze, inzerce, amplifikace) nebo stejným nadpočetným chromosomem, nebo tří mitóz ve kterých stejný chromosom chybí - Heim a Mitelman (1995), ISCN (1995). Chromosomové změny v nádorových buňkách jsou získané a musíme je odlišovat od změn konstitučních, které jsou vrozené a jsou obvykle přítomny ve všech buňkách těla.

Chromosomové odchylky v nádorových buňkách mohou být :

· bez ztráty chromosomového materiálu ( translokace, inverze)

· se ztrátou chromosomového materiálu (delece určité části chromosomu až úplná ztráta neboli monosomie)

· se ziskem chromosomového materiálu ( amplifikace genů až celých chromosomů)

U preleukémií a leukémií jsou známy specifické translokace, delece, inzerce, inverze a genové amplifikace, které jsou spojené s určitým typem nebo subtypem onemocnění a cytogenetický nález je u těchto onemocnění uznávaný jako důležitý prognostický ukazatel. Rovněž je známo, které aneuploidie a heteroploidie, tj. změny v počtu chromosomů, v nádorových buňkách jsou spojeny s lepší odezvou na terapii, příznivou prognózou a delší dobou přežití nemocných. Cytogenetická vyšetření lze využít při monitorování účinků chemoterapie a/nebo transplantace kostní dřeně. Při indikaci cytogenetického vyšetření v klinické hematologii a onkohematologii je vhodné spolupracovat velmi úzce se specializovanými onkohematologickými laboratořemi, při monitorování léčby pak s laboratořemi molekulárně-biologickými.

Od roku 1970, kdy se začaly chromosomy barvit pruhovacími technikami, bylo u nádorů popsáno více než 1800 zlomových míst na chromosomech. Jde o chromosomové změny, které se opakují a nejsou náhodné. Dá se proto předpokládat, že jsou zahrnuty v procesu iniciace nádorového bujení i v progresi onemocnění. Počet zjištěných a dále prostudovaných chromosomových odchylek u malignit se každoročně zvyšuje a jsou známy jejich klinické a biologické charakteristiky. Proto vznikl Atlas genetiky a cytogenetiky v onkologii a hematologii (http://www.infobiogen.fr/services/chromcancer) jako další volně přístupná databáze na internetu, která přináší cytogenetické a klinické nálezy u maligních onemocnění, a je připravená pro volné použití cytogenetiky, molekulárními genetiky a lékaři ve všech lékařských odvětvích zainteresovaných v onkologii.

Další volně přístupné databáze jsou Katalog chromosomových aberací prof. Mitelmana, na adrese http://cgap.nci.nih.gov/Chromosomes/Mitelman/recurrent/aberrations

a katalog

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/CCAP

Ve všech jsou uváděny chromosomové aberace nádorových buněk. Vyšetření solidních nádorů se v ČR provádí zatím jen velmi sporadicky a většinou k výzkumným účelům. Rozvíjet se jako samostatná a nová laboratorní metoda začíná teprve v posledních letech u dětských nádorů (retinoblastom, neuroblastom) a u některých nádorů mozku (gliomy), u nádorů močového měchýře, karcinomu mammy a dalších, většinou pomocí metod molekulární cytogenetiky.

Genetický screening a genetické testování

Hlavním cílem genetického screeningu a genetického testování je předejít rozvoji nemoci nebo alespoň zajistit včasnou diagnosu a léčení (genetická prevence).

Sdělení každého pozitivní výsledku genetického screeningu či genetického testu by mělo být neoddělitelně spojeno s nabídkou genetického poradenství, které umožní podrobné vysvětlení výsledku testu a stanovení plánu genetické prevence nejen pro screenovaného jedince, ale i jeho rodinu.

Genetický screening a genetické testování mají následující etické zásady:

· genetický screening i genetické testování by mělo být dobrovolné (s výjimkou posledního bodu)

· genetickému screeningu i genetickému testování by měla předcházet dostatečná informace o účelu a možných výsledcích testu a potenciálních volbách po obdržení výsledku

· aby se předešlo možné diskriminaci, výsledky nesmí být sdělovány zaměstnavatelům, pojišťovatelům, výukovým institucím ani jiným osobám bez vědomého souhlasu testovaného jedince,

· ve vzácných případech, kdy porušení důvěrnosti výsledku testu může být v nejlepším zájmu testovaného jedince, jiné osoby či veřejného zdraví, by měl genetický poradce směrovat testovanou osobu ke sdělení výsledku,

· výsledek genetického screeningu nebo genetického testování by měl být následován genetickým poradenstvím, zvláště je-li pro testovaného jedince nepříznivý,

· jsou-li známy účinné metody prevence nebo léčby, měly by být testovanému jedinci nabídnuty bez zbytečného prodlení,

· přináší-li genetický screening prospěch novorozenci, měl by být povinný a bezplatný.

Prenatální diagnostika a fetální medicína ve spolupráci s porodnictvím a lékařskou genetikou mají nezastupitelnou úlohu v prevenci dědičných chorob a vrozených vad a mohou zásadním způsobem ovlivnit zdravotní stav dalších generací. Efekt této prevence je bezprostřední, závažně postižené dítě se nemusí narodit. Mimo humánních aspektů je společensky závažný i ekonomický přínos této prevence. Návratnost vložených prostředků u současné prenatální diagnostiky a fetální medicíny je 20 – 50násobná a efektivita dále roste po zavedení diagnostiky postižení plodů na úrovni analýzy DNA, která se bouřlivě již nyní rozvíjí i u nás. Metody používané v prenatální diagnostice jsou invazivní a neinvazivní, z ostatní metod je třeba zmínit fetální terapii. Roli hrají etické faktory.

Literatura

· Nussbaum R.L., McInnes R.R., Willard H.F. : Thompson & Thompson Genetics in Medicine, W.B. Saunders, Philadelphia 2001

· Mueller F.R., Young I.D. : Emery´s Elements of Medical Genetics, Churchill Livingstone, Edinburgh 2001

· Goetz P. a kol.: Vybrané kapitoly z lékařské biologie II, Karolinum 2002

· Proposed International Guidelines On Ethical Issues In Medical Genetics And Genetic Services. WHO, Geneva 1997

· Mange E.J., Mange A.P.: Basic Human Genetics. Sinauer Associates, Sunderland, 1999

· Vogel F., Motulsky A.G.: Human Genetics. Problems and Approaches. Third, Completely Revised Edition, 1997, Springer Verlag Berlin.

· Heim S., Mitelman F.: Cancer Cytogenetics. Second Edition, 1995, Wiley-Liss New York

· Passarge E.: Color Atlas of Genetics, 2001, Georg Thieme Verlag.

· ISCN (1995): An International System for Human Cytogenetic Nomenclature, Mitelman F. editor, S.Karger, Basel, 1995

· Thompson and Thompson: Genetics in Medicine. 2001 W.B.Saunders, Philadelphia W

Další informace

· Klinická genetika: základní pojmy

· Molekulární cytogenetika

· Metody molekulárně genetické

· Rejstřík

Petr Goetz, Kyra Michalová, Ivan Šubrt, Jiří Šantavý