Choroby genetyczne człowieka spowodowane są mutacjamimutacjamutacjami zachodzącymi w strukturze DNA. W zależności od zakresu mutacji wyróżnia się choroby:

  • jednogenowe – wywołane mutacjami w obrębie jednego genu;

  • wielogenowe – wywołane mutacjami w obrębie różnych genów i indukowane czynnikami środowiska;

  • chromosomalne – wywołane mutacjami w strukturze lub liczbie chromosomów.

Ważne!

Więcej na temat mutacji przeczytasz w e‑materiale: Mutacje – kryteria podziału i rodzajehttps://epodreczniki.pl/b/mutacje–kryteria‑podzialu‑i-rodzaje/POBdTUpBZMutacje – kryteria podziału i rodzaje.

bg‑violet

Choroby jednogenowe

Choroby jednogenowe są w większości spowodowane mutacjami genów zlokalizowanych w jądrowym DNA. Dzieli się na dwie grupy: autosomalne i allosomalne.

Choroba autosomalna związana jest z mutacjami genu położonego na chromosomie autosomalnymchromosomy autosomalnechromosomie autosomalnym.

Choroba allosomalna wynika z mutacji genu położonego na chromosomie allosomalnymchromosomy allosomalnechromosomie allosomalnym.

Ze względu na sposób dziedziczenia wyróżnia się choroby jednogenowe: dziedziczone recesywnie i dziedziczone dominująco. Nieliczne choroby jednogenowe są wywołane obecnością mutacji w genach położonych w mitochondrialnym DNA.

bg‑violet

Choroby jednogenowe dziedziczone autosomalnie recesywnie

Choroby dziedziczone autosomalnie recesywnie najczęściej dotyczą genów kodujących białka enzymatyczne. Brak lub niedobór prawidłowej formy enzymu skutkuje zaburzeniami przemian metabolicznych organizmu. Do wystąpienia objawów choroby konieczna jest obecność dwóch wadliwych alleliallelalleli (a) danego genu. Choroba ujawnia się u homozygot recesywnych (aa). HomozygotyhomozygotaHomozygoty dominujące (AA) i heterozygotyheterozygotaheterozygoty (Aa) nie wykazują objawów choroby – heterozygoty są jednak nosicielami wadliwego genu, który mogą przekazać potomstwu. Choroby jednogenowe dziedziczone autosomalnie recesywnie występują z jednakową częstością u obu płci.

RzkjRpPtH2t941
Schemat przedstawia dziedziczenie chorób genetycznych uwarunkowanych obecnością allelu recesywnego w przypadku, gdy oboje z rodziców są heterozygotami. Na górze schematu przedstawiono schematyczne postacie zdrowego ojca i zdrowej matki – nosicieli wadliwej kopii genu. Obrazuje to para genów umieszczona koło postaci – jeden z kolorem fioletowym symbolizującym gen zdrowy, drugi z kolorem czarnym symbolizującym gen uszkodzony. Pod spodem przedstawiono kombinacje dotyczące stanu zdrowia dzieci mogących urodzić się z tego związku. Pierwsza postać z lewej odziedziczyła dwa zdrowe geny oznaczone kolorem fioletowym i jest zdrowa. Dwie kolejne postaci odziedziczyły po rodzicach jeden gen fioletowy, drugi czarny i są osobami zdrowymi będącymi nosicielami wadliwej kopii genu. Ostatnia postać ma koło siebie dwa geny w kolorze czarnym i jest chora, ponieważ odziedziczyła od obojga rodziców geny warunkujące chorobę.
Dziedziczenie autosomalne recesywne.
Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Albinizm

Albinizm to choroba związana z zaburzeniami w procesie syntezy melanin. Przyczyną albinizmu są mutacje genu TYR kodującego tyrozynazę – enzym katalizujący reakcję przekształcania tyrozyny do 3,4‑dihydroksyfenyloalaniny, związku wykorzystywanego do syntezy melanin. Skutkiem mutacji jest niedobór lub brak barwnika w skórze, włosach i tęczówce oka. Choroba objawia się bardzo jasną skórą, białymi włosami i różowymi lub niebieskimi tęczówkami oczu. Dodatkowo u wielu albinotycznych osobników występuje oczopląs, światłowstręt i zmniejszona ostrość wzroku. Ludzie cierpiący na albinizm wykazują nadmierną wrażliwość na promieniowanie słoneczne, co zwiększa ryzyko poparzeń słonecznych i nowotworów skóry.

Rn7h1CrB0iMaa
Chłopiec chory na albinizm.
Źródło: Muntuwandi, Wikimedia Commons, licencja: CC BY-SA 3.0.
Fenyloketonuria

Fenyloketonuria to choroba związana z zaburzeniami przemian metabolicznych aminokwasu fenyloalaninyfenyloalaninafenyloalaniny. Najczęstszą przyczyną choroby są mutacje genu PAH kodującego białko  hydroksylazę fenyloalaniny (PAH). Białko to jest enzymem katalizującym przekształcenie fenyloalaniny do tyrozynytyrozynatyrozyny. Skutkiem mutacji jest niedobór lub brak białka PAH, czego konsekwencją jest gromadzenie się we krwi i płynach ustrojowych nadmiaru fenyloalaniny i produktów alternatywnego przekształcania tego aminokwasu (kwas fenylopirogronowy, kwas fenylooctowy czy kwas fenylomlekowy). Nadmiar fenyloalaniny ma toksyczny wpływ na rozwój ośrodkowego układu nerwowego. Choroba objawia się już we wczesnym niemowlęctwie, wymiotami oraz nieprzyjemnym zapachem moczu i potu. W późniejszym okresie obserwuje się opóźnienie rozwoju psychoruchowego, małogłowie, niepełnosprawność intelektualną, zaburzenia neurologiczne.

w trzeciej dobie życia u noworodków wykonuje się test przesiewowy sprawdzający poziom fenyloalaniny we krwi. W przypadku potwierdzenia fenyloketonurii wprowadza się leczenie dietetyczne. Restrykcyjna dieta niskofenyloalaninowa ma na celu utrzymanie odpowiedniego poziomu tego aminokwasu we krwi i płynach ustrojowych. Wczesne rozpoznanie choroby i wdrożenie odpowiedniej diety zapobiega uszkodzeniom ośrodkowego układu nerwowego i zapewnia prawidłowy rozwój psychofizyczny dziecka.

Alkaptonuria

Alkaptonuria to choroba związana z zaburzeniami przemian metabolicznych kwasu homogentyzynowego będącego metabolitem pośrednim przekształceń tyrozyny i fenyloalaniny. Najczęstszą przyczyną choroby są mutacje genu HGD kodującego białko – oksygenazę homogentyzynianową (HGD). Białko HGD jest enzymem katalizującym przekształcenie kwasu homogentyzynowego do produktów cyklu Krebsa. Skutkiem mutacji jest niedobór lub brak białka HGD, czego konsekwencją jest gromadzenie się we krwi i płynach ustrojowych nadmiaru kwasu homogentyzynowego i produktów alternatywnego przekształcania tego związku. Nadmiar kwasu homogentyzynowego ma szkodliwy wpływ na tkankę chrzęstną. Choroba objawia się we wczesnym dzieciństwie niebiesko zabarwionym moczem. W późniejszym czasie dochodzi do rozwoju stanów zapalnych i zmian zwyrodnieniowych stawów, co przejawia się bólem i sztywnością stawów oraz trudnościami w poruszaniu się.

RWTFikFNEOWBE
Tablica Ishihary jest narzędziem wykorzystywanym do diagnozy zaburzeń widzenia barw. Stanowi tanią alternatywę dla badań genetycznych. Osoby prawidłowo rozróżniające kolory powinny odczytać liczbę "74", natomiast osoby ze ślepotą barw czerwono‑zielonych mogą odczytać liczbę jako "21".
Źródło: Universidad CES, Wikimedia Commons, licencja: CC BY-SA 3.0.
Anemia sierpowata

Anemia sierpowata to choroba związana z zaburzeniem syntezy hemoglobiny. Przyczyną choroby jest mutacja genu HBB kodującego łańcuch beta hemoglobiny. Mutacja punktowa jednego nukleotydu (tyminowego na adeninowy) w genie kodującym beta hemoglobinę skutkuje zmianą jednego aminokwasu – kwasu glutaminowego – na walinę, czego konsekwencją jest powstanie hemoglobiny S. Skutkiem mutacji jest obecność nieprawidłowej hemoglobiny S, która agreguje w erytrocytach, powodując zmianę ich struktury. Choroba objawia się niedokrwistością i niedotleniem tkanek organizmu. Niedokrwistość, czyli zmniejszona ilość hemoglobiny w organizmie, wynika z rozkładu sierpowatych erytrocytów w śledzionie. Niedotlenienie, zmniejszona podaż tlenu do komórek ciała, jest skutkiem mniejszego powinowactwa do tlenu nieprawidłowej hemoglobiny S w porównaniu do prawidłowej hemoglobiny A.

RJSunhHEGitJQ
Rozmaz krwi pacjenta chorującego na anemię sierpowatą. W obrazie mikroskopowym widoczne są nieprawidłowe erytrocyty o zmienionym, sierpowatym kształcie.
Źródło: Ed Uthman, Wikimedia Commons, licencja: CC BY 2.0.
Galaktozemia

Galaktozemia to choroba związana z zaburzeniami przemian metabolicznych węglowodanów. Najczęstszą przyczyną choroby są mutacje genu GALT kodującego białko – urydylotransferazę galaktozo‑1-fosforanu (GALT). Białko GALT jest enzymem katalizującym przekształcenie galaktozo‑1-fosforanu do glukozo‑1-fosforanu. Skutkiem mutacji jest niedobór lub brak białka GALT, czego konsekwencją jest gromadzenie w tkankach ciała galaktozo‑1-fosforanu oraz produktów redukcji i utleniania galaktozygalaktozagalaktozy. Związki te wykazują toksyczny wpływ na organizm, w szczególności na tkankę nerwową. Choroba objawia się tuż po narodzinach: niechęcią noworodka do karmienia, wymiotami, biegunką. W późniejszym czasie pojawiają się senność, apatia, brak przyrostu masy ciała, powiększenie wątroby i śledziony, upośledzenie pracy nerek, zaburzenia neurologiczne, opóźnienie rozwoju umysłowego. Wczesne rozpoznanie choroby i zastosowanie restrykcyjnej diety wykluczającej spożycie mleka i jego przetworów pozwalają złagodzić objawy choroby.

Mukowiscydoza

Mukowiscydoza to choroba związana z zaburzeniem transportu jonów chlorkowych przez błony komórkowe. Wśród populacji ludzi ras czarnej i żółtej  występuje znacznie rzadziej. Przyczyną choroby są mutacje genu CFTR kodującego białko – przezbłonowy regulator transportu jonów (CFTR)przezbłonowy regulator transportu jonów (CFTR)przezbłonowy regulator transportu jonów (CFTR). Białko CFTR występuje na powierzchni komórek tkanki nabłonkowej dróg oddechowych, układu pokarmowego, trzustki, wątroby i gruczołów potowych. Skutkiem mutacji mogą być: brak białka CFTR lub zmniejszenie jego stabilności, a także zaburzenia regulacji jego funkcji. Choroba objawia się upośledzeniem transportu jonów chlorkowych oraz zwiększeniem absorpcji jonów sodowych i wody, w wyniku czego powstaje gęsty śluz. Obecność nadmiernych ilości śluzu w drogach oddechowych sprzyja rozwojowi chorobotwórczych mikroorganizmów, prowadząc do częstych i trudnych w leczeniu infekcji. Konsekwencją zmian w narządach układu oddechowego jest niewydolność oddechowa. Z kolei śluz gromadzący się w przewodach wyprowadzających trzustki utrudnia odpływ soku trzustkowego, przyczyniając się do rozwoju stanów zapalnych narządu i jego zwłóknienia. Nieprawidłowe funkcjonowanie nabłonka jelit oraz upośledzenie funkcji trzustki powodują zaburzenia wchłaniania substancji pokarmowych. W przypadku gruczołów potowych obserwuje się nadmierne wydzielanie wraz z potem jonów chlorkowych i sodowych. U mężczyzn choroba prowadzi do niedrożności lub zaniku nasieniowodów i w konsekwencji do bezpłodności.

RmA2SbzZsFQa5
Jednym z współwystępujących objawów mukowiscydozy są tzw. palce pałeczkowate. Z powodu niedotlenienia dystalnych części dłoni dochodzi do zwiotczenia łożysk paznokci i pogrubienia ostatnich paliczków. Płytka paznokci ulega uwypukleniu i zaokrągleniu.
Źródło: Jerry Nick, M.D., Wikimedia Commons, licencja: CC BY 3.0.
bg‑violet

Choroby jednogenowe dziedziczone autosomalnie dominująco

Choroby dziedziczone autosomalnie dominująco występują w ludzkiej populacji znacznie rzadziej niż choroby dziedziczone autosomalnie recesywnie. Do wystąpienia objawów choroby wystarcza tylko jeden wadliwy allel (A) danego genu. Choroba ujawnia się u heterozygotheterozygotaheterozygot (Aa) i homozygothomozygotahomozygot dominujących (AA), przy czym homozygoty dominujące wykazują cięższy przebieg choroby lub mutacja jest dla nich letalnamutacja letalnaletalna. Choroby jednogenowe dziedziczone autosomalnie dominująco występują z jednakową częstością u obu płci.

R1NiVK0mSXCJD1
Schemat przedstawia dziedziczenie chorób genetycznych uwarunkowanych obecnością allelu dominującego. Na górze schematu przedstawiono schematyczne postacie chorego ojca z jednym genem zdrowym, drugim wadliwym (heterozygota) i zdrowej matki z dwoma genami zdrowymi (homozygota recesywna). Gen zdrowy oznaczono kolorem fioletowym, gen chory kolorem czarnym. Pod spodem przedstawiono kombinacje dotyczące stanu zdrowia dzieci mogących urodzić się z tego związku. Pierwsza postać z lewej odziedziczyła jedne gen zdrowy, drugi chory i jest chora, druga podobnie (gen czarny i fioletowy). Dwie kolejne postaci odziedziczyły po rodzicach fioletowe geny i są zdrowe.
Dziedziczenie autosomalne dominujące.
Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Pląsawica Huntingtona

Choroba Huntingtona jest związana z zaburzeniami pracy komórek nerwowych. Przyczyną choroby są mutacje genu IT‑15 kodującego huntingtynęhuntingtynahuntingtynę. Białko to występuje m.in. w komórkach nerwowych i uczestniczy w przekazywaniu impulsów nerwowych oraz reguluje przebieg procesów transkrypcji, translacji i transportu komórkowego. Skutkiem mutacji jest obecność białka o nieprawidłowej strukturze, które tworzy złogi między- i śródkomórkowe w neuronach. Odkładanie się nieprawidłowego białka powoduje obumieranie komórek nerwowych. Choroba objawia się około 30–40 roku życia, czemu towarzyszą: spadek masy ciała, zaburzenia psychiczne, zmiany nastroju, trudności w pisaniu i uczeniu się, zaburzenia pamięci. W późniejszym czasie pojawiają się niekontrolowane ruchy twarzy, kończyn i tułowia.

Rmekc24F340VJ1
Prawidłowy gen IT-15 zawiera od 10 do 29 powtórzeń sekwencji nukleotydów – CAG. Nieprawidłowy gen IT-15 ma więcej niż 36 powtórzeń tej sekwencji. Skutkiem mutacji genu IT-15 jest nieprawidłowa struktura białka – huntingtyny.
Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o. na podstawie National Institute of General Medical Sciences, Wikimedia Commons, domena publiczna., licencja: CC BY-SA 3.0.

Choroba

Typ dziedziczenia

Częstość występowania

Charakter zaburzeń

Albinizm

recesywny

1:35 000 żywych urodzeń

zaburzenie syntezy

Fenyloketonuria

recesywny

1:10 000 żywych urodzeń u ludzi rasy białej

blok metaboliczny

Alkaptonuria

recesywny

1:100 000 żywych urodzeń u ludzi rasy białej

blok metaboliczny

Anemia sierpowata

recesywny

1:600 000 żywych urodzeń u ludzi rasy białej i 1:625 żywych urodzeń u ludzi rasy czarnej

zaburzenie syntezy

Galaktozemia

recesywny

1:23 000–1:40 000 żywych urodzeń u ludzi rasy białej

blok metaboliczny

Mukowiscydoza

recesywny

1:2000–1:4000 żywych urodzeń u ludzi rasy białej

zaburzenie przepływu jonów

Pląsawica Huntingtona

dominujący

4:100 000–7:100 000 żywych urodzeń

zaburzenie przewodnictwa nerwowego

bg‑violet

Choroby wielogenowe

Choroby wielogenowe są spowodowane mutacjami wielu genów zajmujących miejsca na różnych chromosomach. Współdziałanie produktów tych genów decyduje o ewentualnym wystąpieniu oraz natężeniu objawów. Pojedyncza mutacja nie przesądza więc o wystąpieniu konkretnej choroby, a dziedziczona jest jedynie pewna skłonność do jej rozwoju. To, czy obecność wadliwych genów ujawni się w postaci danej jednostki chorobowej, zależy od interakcji genów, prowadzonego trybu życia i wpływu czynników środowiska. Z tego względu choroby te określa się także mianem chorób wieloczynnikowych. Zalicza się do nich m.in. nadciśnienie, cukrzycę i schizofrenię.

Ciekawostka

Cechy wielogenowe są wypadkową działania produktów wielu genów, niesprzężonych ze sobą. Przykładem takiej cechy jest pigmentacja skóry człowieka, która zależy od 10–20 genów. Większość z nich koduje białka szlaku syntezy malaniny, czyli barwnika występującego w naskórku.

Słownik

allel
allel

(gr. allos – inny) forma genu; jedna z wersji genu różniąca się od pozostałych sekwencją nukleotydów; zajmuje określone miejsce na chromosomie

chromosomy allosomalne
chromosomy allosomalne

inaczej allosomy (gr. allos – inny, sṓma – ciało), chromosomy płci, heterochromosomy; chromosomy zawierające geny determinujące płeć osobnika

chromosomy autosomalne
chromosomy autosomalne

autosomy (gr. autós – sam, sṓma – ciało); wszystkie chromosomy wchodzące w skład kariotypu poza chromosomami płci; u organizmów diploidalnych układają się w pary chromosomów homologicznych (człowiek ma 22 pary chromosomów autosomalnych)

przezbłonowy regulator transportu jonów (CFTR)
przezbłonowy regulator transportu jonów (CFTR)

(ang. cystic fibrosis transmembrane conductance regulator); białko, które tworzy kanał chlorkowy w błonie komórkowej; kodowane przez gen CFTR znajdujący się na długim ramieniu chromosomu 7; nieprawidłowa forma tego białka wywołuje mukowiscydozę

fenyloalanina
fenyloalanina

aminokwas egzogenny, który musi być dostarczany do organizmu wraz z pokarmem; w organizmie zwierzęcym utlenia się do tyrozyny; choroba związana z zaburzeniami przemian metabolicznych fenyloalaniny to fenyloketonuria

galaktoza
galaktoza

cukier prosty należący do heksoz, wchodzi w skład laktozy; źródłem galaktozy jest laktoza (cukier mleczny) metabolizowana w organizmie człowieka do glukozy i galaktozy; w wyniku reakcji enzymatycznych galaktoza przekształcana jest do glukozy, u osób chorujących na galaktozemię przekształcenie to nie zachodzi

heterozygota
heterozygota

(gr. héteros – inny, zygōtós – połączony) organizm diploidalny zawierający dwa różne allele danego genu (Aa)

homozygota
homozygota

(gr. homós – taki sam, zygōtós – połączony) organizm diploidalny zawierający dwa jednakowe allele danego genu (AA –homozygota dominująca i aa – homozygota recesywna)

huntingtyna
huntingtyna

białko występujące w komórkach nerwowych, uczestniczące w przekazywaniu impulsów nerwowych oraz regulujące przebieg procesów transkrypcji, translacji i transportu komórkowego; kodowane przez gen IT15 leżący na krótkim ramieniu chromosomu 4

mutacja
mutacja

(łac. mutatio – zmiana) nagła, losowa, skokowa zmiana w materiale genetycznym powstała samoistnie lub na skutek działania czynników mutagennych

mutacja letalna
mutacja letalna

mutacja wywołująca poważne wady genetyczne, które w znacznym stopniu upośledzają funkcjonowanie organizmu i w konsekwencji prowadzą do śmierci

tyrozyna
tyrozyna

aminokwas egzogenny; powstaje z egzogennej dla zwierząt fenyloalaniny; u kręgowców z tyrozyny powstaje wiele ważnych biologicznie związków: hormony (adrenalina, tyroksyna), melaniny; w komórce, w obecności kwasu askorbinowego, tyrozyna rozpada się na kwasy: fumarowy i acetylooctowy, które następnie za pośrednictwem acetylokoenzymu A są włączane do cyklu Krebsa; zachwianie rozpadu tyrozyny prowadzi do ciężkiej choroby — alkaptonurii