CAPITOLUL2

GENETICA. UMANA.

Genetica umana este 0 ramura a geneticii care studiaza ereditatea §i variabilitatea Tnpoputatiilumane. Ca domeniu al cunoasterii umane, genetica umaria T§i are radacinile Tn antichitate; primelscrieri din domeniu provin de la Hipocrate ( 460-375 LHr.) care a facut observatii asupra unor malforrnatii ereditare cu 0 frecventa crescuta in anumite familii. Dezvoltarea stiintei si tehnologiei a permidezlegarea multor necunoscute privind legitatile dupa care functioneaza §i se transmit determinan,caracterelor speciei umane - genele. In prezent au fost localizate genele umane in cromozomi si petru marea lor majoritate a fost desclfrata §i secventa nucleotidelor, cunoscandu-se deja rolul pe careau Tndeterminarea caracterelorumane §i modul in care aceste caractere se transmit §i se exprirna,

GENOMUL UMAN

Genomul reprezinta intreaga informatie eredi-tara a unui organism, incluzand genele §i sec-ventele noninforrnationale ale ADN (intronii).Genomul uman denurneste Tntreaga inforrnatiegenetica (contmutul de ADN) din celulele umane(diploide). Genomul uman este compus din99.9995% ADN nuclear (continut in nucleu) §i. '0,0005% ADN mitocondrial (aflat in mitocondrii).ADN nuclear constituie informatia genetica esen-tiala, ADN mitocondrial confine inforrnatia nece-sara functiilor specifice mitocondriilor.

Ca §i la alte eucariote, genomul uman confineADN informational §i ADN nonlnformational. Deasernenea genomul uman, ca §i genomurile aitormamifere, prezinta un grad ridicat de complexi-tate, conti nand 0 cantitate mare de ADN repetitiv,informational §i noninformational, §i multiple copiide gene §i fragmente de gene'.

Genomul uman (nuclear; fig. 2.1) este carac-terizat de 24 de tipuri diferite de molecule de ADNbicatenar, fiecare legat de proteine histonice §inon-histonice, constituind 24 de tipuri de crorno-zomi. Aceste 24 de tipuri de cromozomi diferltisunt clasificaf in 22 de cromozomi autozomi §i2 cromozomi heterozomi sau cromozomi sexuali:X§iY

Fiecare tip de cromozom prezinta variatiispecifice regionale in cornpozitia §i frecventa

tipurilor de nucleotide, Aceasta variatie, lrnpreunacu variatia gradului de condensare a cromatineieste speciflca flecarui tip de cromozom §i sta labaza ldentlflcaril lor prin tehnica bandarii,

Prin aceasta tehnica pot fi identiflcati crorno-zomii cu ajutorul unor coloranti specifici. Pentrrezultate bune se folosesc cromozomi metafazi .(au grad maxim de condensare) obtinuf de obiceidin limfocite cultivate in vitro, dispuse pe lame(tehnica frotiului), colorate §i apoi observate larnicroscop.

Cele mai vechl tehnici de bandare folosesccoloranti specifici care evidentiaza secvente din

46 ------------------------------------------------------------

omozomi Tn care predornina nucleotidele cuenina-timlna (benzi G de la colorantul utilizat:lulie Giemsa) sau secventele Tn care predo-ina nucleotidele cu quanlna-citozlna (benzi R derevers pentru ca sunt dispuse Tntre benzile G).banda este un fragment de cromozom care setinge net prin luminozitate ~i nuanta (ln functiecolorantul utilizat) de segmentele adiacente.Metodele de bandare recent dezvoltate, ca teh-

mBAND (tehnica de bandare multicolora),rmit precisa delimitare a secventelor cromozo-Ie (fig. 2.2), dand astfel posibilitatea identificariimare acuratete a anomaliilor cromozomiale.

a b

Dupa aceste criterii, cromozomii umani au fostclasificati Tn7 grupe: A (cromozomii 1-3, metacen-trici, submetacentrici); B (cromozomii 4-5, sub-metacentrici); C (cromozomii 6-12 metacentrici ~isubmetacentrici); 0 (cromozomii 13-15 acrocen-trici cu sateliti): E (cromozomii 16-18, metacen-trici ~i submetacentrici); F (cromozomii 19-20,metacentrici mici); G (cromozomii 21 ~i 22, acro-centrici, cei mai mici). Cromozomul X apartinegrupei C, iar cromozomul Y apartine grupei G.Tntregul set de cromozomi caracteristici speciei,numit si complement cromozomial, sta la bazaalcatuirii cariotipului. Cariotipul se realizeaza prinaranjarea sistematica a imaginilor cromozomilorTn ordinea descrescatoare a rnarirnilor: de lagrupa A - cu cei mai mari cromozomi, pana lagrupa G - cu cei mai mici cromozomi. Cariotipuluman (fig. 2.4) este compus din 23 de perechi decromozomi: 22 de perechi de autozomi ~i 0

pereche de heterozomi. Acestia sunt identici ~inotati cu X la femeie, ~i diferiti notati XY la barbat.

Desi cromozomii umani au fost observati incadin 1880 de Flemming ~i Arnold, ~i apoi rnultavreme s-a crezut ca nurnarul complementuluicromozomial este 48, abia Tn 1955, cercetatorulJoe Hin Tjio de la Universitatea Lund din Suediadernonstreaza ca specia umana are 2n = 46.

I' \\ ~ ~ 1-

\1 J t '::~.:~~ 'I~;~

'"2 3 4 s

'I ., • • " ~ I •I ,t ....~ ~. , j 1 I6 7 8 9 10 n 12C. I, J i :1 Ii i.13 14 15 16 17 18

-~, .~,

~•• ,. ;:

'9 2Q 2' 22 x

Fig. 2.4.Cariotipul uman -Ia femeie.

*Harta genetica este 0 reprezentare grafica aaranjamentului genelor Tncromozomi (fig. 2.5).

Ca sa lnteleqern modul Tn care se construieschartite genetice trebuie sa recurgem la reamintirea

----------------------------------------------------------------47

Fig. 2.2. Tehnica de bandare multicolora:a imagine neprelucrata; b imagine prelucrata.

in functie de puterea de rezolutie a tehnicii deare, cromozomii umani pot evidentia un total

rins Tntre 400 ~i 850 de benzi.ehnica bandarii a Tnceput sa fie utilizata dupao pentru identificarea cromozomilor; panaci cromozomii erau identificati dupa forma,

- irne ~i pozitia centromerului (fig. 2.3).

} P (brat scurt)

} q (brat lunq)

sateliti

1\'centromer

tacentric submetacentric acrocentric

Fig. 2.3.Tipuri morfologice de cromozomi.

Functia genelor Numar Notarea Notarea Numar Funclia genelorde copii gene lor genelor de copii

factor de transcnptie pentru SRY RPS4Y proteina ribozomaladeterminarea sexuluiZ

determinant testicular 1 1 TTY11 TSPY PRKY t1 PRY AMELY 1 factor pentru smalt dentar

determinant testicular 2 1 TTY11 7TY21 TSPY centromer

USP9Y enzirnaDBYUTY

TB4Y factor pentru actina

5WC a proteina

domeniu proteic cromozomiaI 1 COY~~braNi 1 XKRY

SMCY t factor de transcrlptleEIF1AY 1 factor de translatie

RBMY 30factor prqteIc PRY

factor de transcrlptie 2 TTY2 6proteinA de legitunl 4 DAZ RBMY J)roteinapentru I

proteina cromozomialA1 BPY21 PRY1 CDY heterocromatina

Gene specifice cromozomului Y Gene comune cromozomilor X iY

teoriei cromozomiale a ereditatii, care a revolu-tionat tezele mendeliene privind transmitereacaracterelor ereditare. Astfel, legea a doua a luiG. Mendel afirma ca perechile de factori ereditariseqreqa independent. Fondatorul teoriei crorno-zomiale T. H. Morgan a demonstrat, prin experi-mente cu Drosophila melanogaster, ca aceastalege nu se verifica, deoarece doua gene alelemostenite de la acelasi genitor au 0 puternicatendinta de a se transmite inlantult. Acestfenomen se nurneste linkage.

Pe de alta parte trebuie sa ne amintim ~ica in profaza meiozei I (diviziune care duce laformarea qarnetilor ce contin numai jurnatate dinnumarul de cromozomi caracteristici speciei),cromozomii omologi realizeaza schimburi defragmente cromozomiale (crossing-over), in urmacaruia se formeaza cromozomi recombinati.

Procentul de descendenti recornbinati diprima generalie variaza intre 1% ~i 50% ~i tntot-deauna recornbinarile apar intre gene cu loci"pe cromozomi diferlti. Cu cat este mai mare pro-centul recornbinarilor pentru 0 pereche de carac-tere, cu atat este mai mare distanta dintre loci"ocupati de gene. Acest procent de recornbinari afost desemnat arbitrar ca fiind distanta dintre loci"gene lor exprirnata in centimorgani (cM).

Constructia hartilor genetice prin unltatl delinkage este utila mai ales cand locii gene lor sunla mica departare.

Atunci cand locii sunt mai dlstantati, existaposibilitatea sa se petreaca crossing-overesecundare intre cromozomi. Chiar ~i asa, daca-se petrec crossing-overe secundare se poaterestabili conflquratia de alele a genitorilor, confir-rnand astfel distanta dintre loci.

a) b)Fig. 2.5. Exemplu de harta genetica a cromozomului Y uman: a. localizarea genelor prezente numai tn cromozomul Y;

b. localizarea genelor prezente !?iTncromozomul X !?itn cromozomul Y.

48

~ -- - -

- dinlntot-

lociipro-rac-locii

ari alocii

Un alt aspect legat de har1ile genetice esteacela ca probabilitatea crossing-overelor nu esteunitorrna. Aproximativ 1/4 din genomul uman esteesponsabil de recombinare qenetica, deoarecenele regiuni ale cromozomilor (cele din vecina-

atea centromerului) sunt inhibate. Totodatanitatile de recombinare realizeaza in ritmuriiferite recombinarea, de exemplu s-a constatat

faptul ca la femei cromozomii au frecvente mai

mari de recombinare decat cromozomii barbatilor~i, ca urmare, hartile genetice ale cromozomilorfeminini sunt mai lungi.

Astazi prin finalizarea Proiectului .GenornulUman" - proiect international, se cunoaste hartagenetica a cromozomilor umani. Prin tehnicimoderne de secventlere a ADN au fost descifrateaproximativ 80 000 de gene ~i identificate surseleunui nurnar impresionant de maladii umane.

-Aplicatii practice~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~1.Analizamaterialuluigenetica. lmpreuna OJ colegul de barca analiza1ifigura 2.5,

care reprezinta harta qenetica a cromozomului Y, ~iizati urmatoarele:

- cate gene omoloage cromozomului X ~i res-nsabile de derularea sintezei proteinelor recu-asteti in cromozomul Y ;- ce pondere au qenele omoloage cromo-mului X, fata de cele specifice cromozomului Y

exprirnati raspunsul in procente);

IY;

K/nl.•.t~-·

. .it -it H fC. . • .• II

tf 1t" -n.. ..-tt ~

•• .. .. "

CariotipA

- ce efecte ar produce disparitia segmentelor2 ~i 3 din cromozomul Y.

b. Comparati raspunsurile voastre cu cele alecolegilor de clasa. Daca raspunsurile difera, argu-rnentati-va rezolvarile ~i decideti care suntraspunsurile corecte.

2. AnalizadecariotipComparati cele doua cariotipuri ~i ldentiftcati

asemanarile ~i deosebirile. Stabiliti care este cario-tipul unei femei ~i care al unui barbat.

•

• •

I-•• II ••

•• "V• IT ••

'r•• " •

.. .. .••• •

---------------------------EVALUARE---------------------------

CariotipB

Selectativariantacorectaderaspuns,I. Identificarea cromozomilor prin tehnica bandarii este posiblla datorita diferentelor:

a) numerice din cariotipb) de asezare a cromozomilor in genomc) regionale in cornpozitla nucleotidelord) dimensiunilor cromozomilor

II. Complementul cromozomial reprezinta:a) numarul de cromozomi din gametib) nurnarul de cromozomi ai unui individc) nurnarul de cromozomi caracteristici specieid) nurnarul tipurilor de cromozomi caracteristici speciei

------------------------------------------------------------49

DETERMINIS GE lET C AL PRINCIPALELORCARACTERE FE TOTIPICE UMANE

0heteroziqoti; gena afectata este

barbat recesiva ~i situata pe autozomi

femeie 0 0 gena afectata este recesiva,situata pe cromozomul X

casatorie 0-0 0 deees

parinti ~i copii (un baiat

~

avort fara precizarea sexului~i 0 fata)in ordinea nasterii(eel mare in stanqa) presupunere

00 /gemeni dizigoti metoda de identificare a unei

00persoane intr-un pediqri

gemeni rnonozigotipresupunere 2 copii"sex necunoscut <>

nurnar de copii cu specificarea W (!) D=O casatorie intre rude (consanqvinizare)sexului

indivizi afectaf 1/ divert

Caracterele fenotipice sunt rezultatul expri-rnarii genotipului In anumite condi1ii de mediu.Fenotipul reprezlnta totalitatea Insuslrilor unuiindivid, iar genotipul totalitatea genelor sale. Ungenotip poate fi homozigot, sau pur din punct devedere genetic, cand genele perechi care deter-rnina caracterele sunt identice (M, aa). Dacagenele perechi care influenteaza acelasi caracternu sunt identice, genotipul este heterozigot sauimpur din punct de vedere genetic (Aa). In general(exeptand unele abateri de la legile mendeliene),In starea heterozigota perechile de gene caredetermine acelasi caracter, adica genele alele,sunt una dominanta !?i cealalta recesiva. Genelealele dominante se exprima In fenotip !?i In stareheteroziqota. Genele recesive nu se exprirna Infenotip decat daca sunt In stare hornoziqota.

Cele mai multe gene umane sunt transmise dela 0 qeneratie la alta conform legilor mendeliene.

De obicei nu remarcarn existenta lor decat atuncicand apar fenotipuri diferite fa1a de fenotipurileunei populatii sau grup. Putem urmari modul detransmitere a unui anumit fenotip !?iputem deducedaca el este determinat de 0 gena alela domi-nanta sau recesiva.

Una dintre cele mai vechi, simple !?i necosti-sitoare metode de a determina modul de trans-mitere a caracterelor, a tipului de alela (domi-nanta sau recesiva) care deterrnina un anumitfenotip, precum !?ia probabllitatii de a fi rnostenltun anumit caracter, este metoda pedigriului*.

*Metoda pedigriului consta In studiul unorcaractere ereditare normale si patologice prinanaliza ascendentei de-a lungul mai multorqeneratii.

In constructia unui pedigri se utilizeaza notatiiconventionale (fig. 2.6) care permit analiza moduluide transmitere a caracterelor.

Fig. 2.6. Notatii conventionale utilizate in constructia unui pedigri.

50

Tabelul 2.1 evidentiaza indiciile furnizate de unpedigri pentru stabilirea caracterelor determinatede gene autozomale dorninante si recesive (genesituate pe cromozomii autozomi) :;;i gene hetero-zomale (situate in heterozomi). Un pediqri care

ernonstreaza modul de transmitere a unei geneautozomale recesive este prezentat in figura 2.7.5e poate astfel observa cum, in cazul casatorieilntre rude, gena recesiva se exprima peste gene-ratii, atat la femei, cat :;;i la barbati, datorita, . '

moziqotarii.Fig. 2.7. Pedigri care arata transmiterea unei gene

autozomale recesive.

*Tabelul 2. 1,

Gena autozomala dominanta Gena autozomala recesiva Gena recesiva situata in cromo-(fig. 2.7) zomul X (X-linkata)

Persoana care prezinta carac- Nici unul din parinli nu prezinta Functioneaza ca recesiva laterul urmarit ar~ cel putin unul caracterul, dar in familie sunt femei ~i dorninanta la barbatidin pari~li cu respectivul caracter multe rude la care caracterul

apare, desi in populatie acel ca-racter este rar lntalnit,

Pot prezenta caracterul atat Adesea in familie sunt qeneratii Tatal purtator al genei nu 0 trans-femeile cat ~i barbatii ~i pot sa 11 care nu prezinta caracterul, mite fiilor ci 0 transmite fiicelortransrnita deoarece majoritatea casatoriilor care devin purtatoare cu fenotip

se realizeaza intre indivizi hete- normalroziqoti

Caracterul rur dispare in nicio Este de asteptat ca parintii sa fie 0 femeie purtatoare, dar cugeneralie Inruditi genotip heterozigot', transmite

gena la 1/2 din fiii sai

u se transmite preferential lan anumit sex - se transmite de

Ia tata la fiica ~i fiu, de la mamaIa fiica ~i fiu

in mod obisnuit, 1/2 din descen-denti mostenesc caracterul

o serie de trasaturi morfo-anatomice umanetransmit mendelian (asa sunt trasaturile fetei,forma :;;ilnaltimea nasului, ca :;;iforma barbiei).pita rnentoniera, forma ochilor, lungimea :;;isitatea genelor :;;isprancenelor sunt caractere

acelasi mod de transmitere.

Exista tnsa :;;i caractere umane ce nu au undeterminism tipic mendelian, adlca nu respectamodul de segregare conform legilor mendeliene,situatil lntalnite in: determinismul genetic algrupelor de sanqe, al culorii parului, al culoriipielii, al taliei, al inteliqentei, memoriei etc.

-------------------------------------------------------------51

DETERMINISMUL GENETIC AL GR PELORDESANGE

in sistemul ABO al grupelor de sanqe, deter-minismul genetic este controlat deo serie de treialele notate: LA, LB ~i I, localizate in bratul lung(notat q) al cromozomului 9, la nivelul benzii 34. ~Cele trei gene se afla in urmatorul raport de domi-nanta:

LA-+ I (adica LA este dorninanta fata de I), iarLB -+ I (aoica LBeste dornmanta fata de I).Genotipurile LALA ~i LAI determina grupa A(II) ,genotipurile LBLB~i LBI determine grupa B(III). incombinatia genelor LALB apare fenomenul decodominanta, niciuna dintre gene nu 0 domina pecealalta ~i impreuna determlna aparitia unui noufenotip, adica 0 noua grupa de sanqe - AB(IV).

DETERMINISMUL GENETIC AL CULORIIPARULUI

Culoarea parului este deterrninata de maimulte gene, fiecare prezentand doua sau maimulte alele. Unele notate cu M deterrnina sintezade rnelanina, pigment brun, iar altele influenteazasinteza pigmentului rosu, notate cu R. Astfelpentru producerea de rnelanina exista trei aleleMBk(negru), MBw(castaniu) ~i MBd(blond), iar R+determina sinteza pigmentului rosu, in timp ce R-nu determine sinteza de pigment rosu Intre aleleexista relatia de dorninanta: MBk...•MBw...•MBd...•R+...•R-. La fiecare individ fenotipul culorii parului esterezultatul cumulat a numai patru alele active. incazul parului negru sau castaniu inch is, pig men-tul rosu este acoperit de melanina, lnsa in cazulproducerii unei cantitatl red use de rnelanina prinexprimarea alelelor MBwMBd,pigmentul rosu poatesa domine daca genotipul confine alela R+.

DETERMINISMUL GENETIC AL CULORIIPIELII

Determinismul genetic al al culorii pielii estepoligenic, fiind conditionat de mai multe perechide gene nealele a carer exprimare are un carac-ter aditiv, cumulativ. Acest tip de ereditate senumeste ereditate cantitativa ~i in cazul culoriipielii este determinate de cel putin doua perechide gene P ~i p. Astfel studiile lui Davenport austabilit urrnatoarele genotipuri: pentru negriPP1P2P2, pentru mulatrii tipici P1PP2P2 ~i pentrualbi P1P1P2P2' Cornblnatii ale acestora dau diver-sele variante fenotipice: mulatrii deschisi P1P1P2P2'mulatrii lnchisi P1P1P2P2'

DETERMINISMUL GENETIC AL CULORIIOCIllLOR

Culoarea ochilor varlaza intre albastru deschis~i negru inch is (fig. 2.8). intre aceste limite existanumeroase variante, motiv pentru care acestcaracter este considerat complex. Exista cel putindoua variante in explicarea deterrninarii geneticea culorii ochilor.

Dupa unii cercetarori caracterul este determi-nat de doua perechi de gene nealele, fiecarepereche prezentandu-se in mai multe forme dealele. Astfel, dupa aceasta teorie culoarea albas-tra apare daca genotipul este compus din alelelerecesive in stare hornoziqota, iar culoarea neaqraeste rezultatul expresiei cumulative a alelelordominante afJate in stare hornoziqota,

o alta explicatie pentru determinarea qeneticaa culorii ochilor sustine ca ar consta in existentaunei serii polialelice care variaza de la negrinch is pana la albastru deschis. Alelele senoteaza Ebr - care este dorninanta ~i determine

Fig. 2.8. Culoarea ochilor

52 ----------------------------------------------------------------

culoarea neaqra, E9r - recesiva fata de Ebr deter-ina culoarea verde ~i este dominants fata de Ebl

care deterrnina culoarea albastra numai in stareomoziqota. Astfel ordinea dorninantei acestor

cb~'l~~'::)\~.'Ctlf.-.. 'C'lI--" 'C1ll•

DETERMINISMUL GENETIC AL TALIEI

Inaltirnea speciei umane este un caracter com-lex determinat de factori genetici ~i factori de

mediu. Fara a nega rolul factorilor nutritionali saual celor climaterici ca temperatura si umiditatea,factorii genetici sunt cei cu rol fundamental in

terminarea taliei, Acest fapt este demonstrat deul in care se pastraza caracterul in familiile

. carer membri sunt inalti. Cercetari recentelansate de descifrarea genomului uman studi-

aza cromozomul X ca fiind cu un rol important interminarea qenetica a taliei indivizilor. Aceste

cercetari sunt fundamentate pe descoperirea unuimarul mare de maladii X-linkate asociate ores-

rii anormale. Se pare ca regiunea nurnerotata4-25 din bratul q al cromozomului X este candi-

tul in localizarea genelor care deterrnina talia.

*DETERMINISMUL GENETICAL INTELIGENfEI

In prezent se considera ca inteliqenta esteterminate de factori ereditari si de factori ambi-

entali. Studii publicate inca din 1966 de Sir Cyrilurt, care a testat 53 de perechi de gemenionoziqoti prin determinarea coeficientul deteliqenta ( 10), au afirmat la acea vreme ca fac-

orii ereditari au 0 pondere de 80% in deter-inarea inteliqentei. In prezent se admite ca

rocentul este in jur de 50-60%. In sprijinul deter-inarii genetice a inteliqentei vin ~i cercetarile

asupra 10 copiilor adoptati. Acestia, chiar cu 0

educatie de calitate ~i in conditii bune de viata, nureusesc sa depaseasca 10 fratilor lor biologici,

aturali, cu mai mult de 10%.Studii recente au identificat doua gene impli-

cate in determinarea inteliqentei: gena IGF2Rplasata in cromozomul 6 ~i gena CTSD (numita si~tepsin D) localizata in bratul scurt al cromo-zomului 11.--

Cercetarile lui Robert Plomin de la Institutul dePsihiatrie din Londra au demonstrat ca genaIGF2R contine informatia pentru receptorul unuifactor de crestere similar insulinei ~i este pre-L~~\<'a\~ "ITi'd~Th'x:h\~~a"~a~\~~~ a)~)~.~~o ~~~\"'eele (alela 5) a fost identificata la tof subiectii cu un10 peste 160.

Alte cercetari, conduse de Tony Payton de laUniversitatea din Manchester, au descoperit camutatii ale genei CTSD dimlnueaza scorul 10 cu3%, sustinand rolul acestei gene in determinareainteliqentei,

*DETERMINISMUL GENETIC AL MEMORIEI

Analiza genomului uman realizata de Dr.Dietrich Stephan de la Institutul de cercetarlin genomica translationala din Phoenix, USA(publicate in octombrie 2006) a relevat 0 genaasociata perforrnantelor de memorizare. Genaare numele Kibra ~i exprimarea ei se realizeaza lanivelul hipocampului, parte a sistemului limbic(paleocortex).

Utilizand 0 tehnica sofisticata de imaqisticafunctionala a creierului, cercetarile au aratat caindivizii care posed a versiunea de gene aleleresponsabile de potential slab de memorare faceforturi mentale mult mai mari ca sa i~i amin-teasca informatiile. Aceasta descoperire deschidedrumul spre rezolvarea multor probleme legate deboli ca dernenta senila, boala Alzheimer etc.

*DETERMINISMUL GENETIC AL COMPOR-TAMENTULUI ~I TEMPERAMENTULm

Genotipul deterrnina fenotipul sau, cu altecuvinte, determine felul in care aratarn. Oar totgene Ie determina ~i cum suntem, adica persona-litatea noastra. Personalitatea este rezultatulcornbinatiei a doi factori: temperamentul ~i carac-terul, Genele noastre ne determine tempera-mentul, iar ansamblul factorilor de mediu ~i felul incare lnvatarn din interactiunile cu acesti factori nernodeleaza caracterul. Temperamentul se exteri-orizeaza devreme, in copilarte, ~i nu se rnodificamult de-a lungul vietii. Aceasta caracteristicasustine determinarea genetica a temperamentului

-------------------------------------------------------------53

~i implicit a comportamentului uman. Tn directiadescoperirii genelor implicate ln determinareacomportamentului ~i a temperamentului, s-auTntreprins multe cercetari. Recent au fost identifi-cate trei gene: CYLN2, GTF21RD1 ~i, GTF21,localizate ln 9Qmozomutj) responsibile de hiper-sociabilitate, manifestare specifica sindromuluiWilliams (prod us prin deletia a peste 20 de genedin cromozomul 7). Cercetarile gemenilor au ,aduso contributie In identificarea aspectelor deter-rninarii genetice a, temperamentului; ramane lnsaca acestea sa fie confirmate la nivel molecular.

*DIVERSITATEA GENETIC.A UMANA-GENETICA RASELOR UMANE

In 1998 dr. Alan R Templeton, profesor debiologie la Universitatea din Washington, a afir-mat: "Din punct de vedere genetic, rasele nuexista". Aceasta afirmatie s-a bazat pe analiza.moleculara a ADN provenit de la Tntreaga popu-latie a globului ~i care dezvaluia evolutia specieiumane din ultimii 1 000 000 de ani. Studiile saleau demonstrat ca, desi exista multe variatii gene-tice lntre oarneni, acestea sunt variatii individuale.Chiar daca sunt variatiilntre populatii, acestea nuau sernniticatia cantitativa §i calitativa suficientapentru a putea desemna 0 sublinie istorica aspeciei umane. Cu alte cuvinte, exista mai multediferente genetice In cadrul unei populatii, decatlntre populatii.

CJ~ 15-205-10 _20-2510.15_ 25-30

prezenta alelei LB, in populattile umane

Cercetarile lui Templeton sustin 0 sinqura linieevolutiva a speciei urnane. EI a utilizat ln studilesale ADN mitocondrial care se transmite pe liniematerna, ADN al cromozomului Y transmis pelinie paterna §i ADN nuclear transmis de ambelesexe. Rezultatele studiilor au aratat ca 85% divariatiile genetice sunt variatii individuale §i canumai 15% ar putea reprezenta variatii .rasiale'.Procentul de numai 15% nu justifica, din punct devedere genetic, diferentierea in rase a speci .umane.

Desi afirmatiile lui Templeton au generat multecontroverse, cercetarile utterioare nu au putinfirma omogenitatea qenetica extrem de mare aspeciei umane.

o rasa reprezinta din punct de vedere §tiintifico subspecie bioloqica caracterizata de trasatu .comune de ordin biochimic, fiziologic, morfologicecologic, determinate genetic. Aceasta deflnltienu se veriflca in variatia qenetica a speciei urnanede azi. Suntem, ca specie, foarte omogeni, pana§i cele mai apropiate "rude biologice" - cirnpanzeiiau 0 variatie qenetica a populatiei de 2-3 ori maimare decat variatia qenetica a speciei umane.

In prezent, majoritatea oamenilor de §tiintaadmit ca numim rase, ceea ce reprezinta de fapclive, adica ansambluri de caracteristici careexprirna 0 tranzitie, 0 variatie graduala a caracte-, "risticilor fenotipice ale unei specii. Din aceastaperspectiva, larg acceptata clasificare a raselorumane este fundamentata qresit pe asocierea

Fig. 2.9. Genele alele LB determinante pentru grupa B(III) sunt rare, fiind prezente la numai 16 % din populatia urnana.

54-·-----------------------------------------------------------

,nui grup de indivizi cu un grup de trasaturiculoarea pielii, fizionomia). Aceasta deoarece

trasaturile luate drept criterii de discriminare- tre rase se intalnesc l?i in alte populatii, de,exemplu pielea putemic piqrnentata caracteris-• v africanilor din sudul Saharei este lntalnita l?i

indienii sudamericani, in Australia l?i Nouauinee.Acest fapt este datorat actiunii factorilor de

selectie similari in diferite regiuni ale globului, cedrept consecinta adaptari similare.Exista tnsa dlferente in distributia frecventeinelor. Oaca am lua orice alt criteriu genetic, deemplu frecventa alelelor LB pentru grupaguina B(III) , gruparea in "rase" ar avea 0 cuI alta confiquratie, reprezentata de diagramafigura 2.9, astfel populatia in care frecventa

e mare este cea asiatica, iar cea in care

frecventa este foarte mica este cea arnericana.Deci clasificarea rasiala este 0 clasificare pecriterii culturale l?i istorice care nu se funda-rnenteaza pe criterii biologice genetice.

Datorita fenomenului de recombinare geneticaconsecutiva reproducerii sexuate, precum l?iexcluderii consanqvinizarii prin norme impuse dereligie l?i leqislatie, populatiile umane sunt extremde eterogene privind frecventa gene lor alele.Diferenlele fenotipice (culoarea pielii, tipul de par,morfologia felei etc.) sunt rezultatul exprimariiunui polimorfism genetic datorat numeroaselorforme alele ale genelor l?i variatelor forme deinteractiuni dintre alelele ce determlna carac-terele. Unitatea qenetica a speciei umane estesustinuta de faptul ca din casatorille mixte(african-european, asiatic-european etc.) rezultaindivizi perfect normali l?i fertili.

---------------------------EVALUARE---------------------------1. Care este probabilitatea ca un cuplu sa albaii cu ochii albastri daca mama are ochii capruipi l?i tatal ochii albastri Ebi EbI?

a.25% c.75%b.50% d. 100%

2. Ce grupa de sanqe are mama daca 50% din'i au grupa A(n) l?i 50% au grupa AB(IV), iar

- are grupa B(III) heterozigot?

a. 0(1) c. B(III)b. A(n) d. AB(IV)

*3. Imaginea reprezinta pedigriul unei familii.Culoarea rosie marcheaza persoanele purta-

ale caracterului urmarit (R: Y linkata).

a. Pedigriul arata transmiterea unei gene auto-Ie dominante? De ce dal De ce nu?

b. Pedigriul arata transmiterea unei gene auto-zomale recesive? De ce da/ De ce nu?

c. Pedigriul arata transmiterea unei gene Xlinkate? De ce da/ De ce nu?

*4. Analizati pedigriul urmator. ldentificati ce tipde gena este cea urmarita.

indivizi afecta1i

indivizi purtatoritara fenotip afectat

--------------------------------------------------------------55

se divid transmitand celulelor fiice lnsusirile si,ca ~i celula lor mama, se vor divide anarhicconsumand nutrimente ~i oxigen de la celulelenormale, slabind In timp Intreg organismul.

In evolutia tumorilor se succeda mai multestadii (fig. 2.11).

Stadiul 0 sau cancer in situ In care celulelecanceroase sunt localizate In tesutul ln care s-auformat.

Stadiul I In care celulele canceroaseinvadeaza 1-2 straturi de tesuturi locale Inveci-nate. De exemplu daca este un cancer al mucoa-sei intestinale (un carcinom rectal), In stadiul Icelulele canceroase strabat membrana bazalaintestinala ~i patrund In submucoasa ~i stratulmuscular).

Stadiul II celulele canceroase invadeazaregiunea lnvecinata fara a patrunde In vase Ie lim-fatice. in cazul cancerului rectal celulele can-ceroase proernina In interiorul rectului.

Stadiul III este caracterizat de desprindereacelulelor canceroase din tumora initiala ~i intrareaIn sistemullimfatic fara a ajunge la alte organe alecorpului, ci doar In ganglionii limfatici.

Stadiul IV este caracterizat de aparitlametastazelor, adica a tumorilor secundare dez-voltate In tesuturi ~i organe diferite de cele In careI~i are originea.

ANOMALII CRO OZOMIALE ASOCIATECAl CERULUI UMAN

in corpul uman cresterea, diviziunea normalsprecum ~i moartea celulelor sunt procese reg latede mecanisme specializate ~i precise. Celulelenormale parcurg aceste procese lntr-o ordinestricta. Controlul §i reglarea activitatii celularesunt exercitate prin activitatea coordonata a maimultor gene. Soala canceroasa se declanseazacane aceste mecanisme sunt Intrerupte ~i caurmare unele celule lncep sa creases, sa sedivida, sa invadeze ~i sa distruqa tesuturile tncon-juratoare, fara a se mai supune mecanismelor dereglaj.

INITIERE PROMOVARE TRANSFORMARE PROGRESIE

Fig. 2.10. Carcinogeneza.

Celulele canceroase provin din celule normalecare au suferit un proces de transformare. Acestproces este multistadial ~i poarta numele decarcinogeneza (fig. 2.10), adica procesul princare 0 celula norrnala se transforma In celula can-ceroasa. Carcinogeneza Incepe atunci cand unagent carcinogen deterrnina alterarea sau modifi-carea ADN dintr-o celula norrnala, etapa nurnitalnitiere, Odata declasata initerea, celula devinesusceptibila la alte schirnbari genetice ~i carcino-geneza continua cu faza de promovare. Dupaaceasta faza, cand celula afectata este expusaunui factor de crestere, ea sufera modificarigenetice care Ii stimuleaza dezvoltarea ~i divi-ziunea In faza de progresie. Toate aceste even i-mente se flnalizeaza cu formarea unei microtu-mori cornpusa din celule .nernuritoare". Acestea

stadiul IIIstadiulll

stadiulO

~~~

Fig. 2.11. Stadiile de dezvoltare a cancerului - turnorarnaliqna - carcinom rectal.

56 --------------------------------------------------------------

Celulele normale T~ilnceteaza cresterea canevin ln contact unele cu altele, fenomen numitinhlbitie de contact. Spre deosebire de celulelenormale, celulele canceroase I~i pierd inhibitia decontact ~i tind sa creasca unele peste altele for-rnand tumori. in timp ce majoritatea celulelor nor-male adera lntre ele forrnand tesuturi, celulelecanceroase pot forma metastaze pentru ca T~ipierd aderenta ~'idisernlneaza tn alte organe.

Sunt multe tipuri de cancere care pot provenidin diferite tipuri de celule dar, chiar daca evolutialor poate diferi, mecanismele prin care sedezvolta cancerul sunt In esenta asernanatoare,initiate de modificari ale gene lor.

Carcinogeneza este rezultatul mutatiilor careafecteaza ciclul celular. Aceste rnutatii sunt spon-ane sau rezulta din lnteractiunile organismuluicu mediul. Factorii mutageni carcinogeni sunt:chimici (azbestul, nicotina, benzenul, benzo-pirenul, gudronul, formaldehida, policlorura deinil etc.), fizici (substante radioactive ernitatoare

de raze alfa, gamma, raze X, UV etc.), biologicioncovirusuri: virusul hepatitei B, virusul papilo-

mului uman etc., aflatoxina B1 prod usa de muce-gaiul Aspergillus f/avus).

Modiflcarile induse de factorii mutageni car-cinogeni altereaza genele implicate In controlulcresterii ~i diviziunii celulare: gene Ie pentru fac-orii de crestere, pentru receptorii acestora ~i pen-

tru enzimele implicate In completa lor exprimare.Unii aqenti carcinogeni au ~i efect teratogen,

a)

lZb)

•• II II •• nII •• • 1 •• ~:- ••.,•• ••• ·ll •• ,~.~

" te

••'9 ..

)( )1 Ij II l'/

U In '~l }3,

I'/, e t r / ..

Ut , If!:' "II I .,.. e: : t n . ,

Fig. 2.12. Aberatii cromozomiale evidentiate pe un eariotiptratat prin tehnica de bandare FISH (fluorescence

in situ hybridization).

determinand malforrnatii congenitale ~i cancereasupra fatului,

Relatia cancer-material genetic se evidentiaza~i la nivelul cariotipului uman. Perfectionareatehnicilor de citoqenetica au perm is nu numaiidentificarea vartatiilor numerice, dar ~i a restruc-turarilor cromozomiale (fig. 2.12).

Aberatii de tipul trisomiilor au fost identificate Incancerul colorectal (anomalii numerice ale cromo-zomilor din perechile 17 ~i 18), precum ~i ln can-cerul de prostata unde s-au identificat variatii alenumarului de cromozomi din perechea 7. Tehni-cile de bandare au permis identificarea, ln cromo-zomii celulelor canceroase, de restructurari detipul: deletii, inversiuni ~i translocatii (fig. 2.13).

13

c)

Fig. 2.13. Restructurari cromozomiale asoeiate cancerului:a) deletie in eazul melanomului (pereehea 9); b) inversiune turnora testiculara (perechea 12);

e) translccatie rabdosarcom alveolar (perechile 2 ~i 13) - in fieeare pereche eromozomulafectat este eel din dreapta.

-----------------------------------------------------------------57

Cercetarile intreprinse asupra oncovirusurilorau relevat existenta genelor implicate in declan-sarea cancerului, numite oncogene, ~i prezente inunele retrovirusuri. Aceste descoperiri au condusla identificarea proto-oncogenelor la om ~i la alteanimale. Proto-oncogenele normale codifica infor-rnatia pentru cresterea ~i diviziunea norrnala acelulelor.

Transformarea proto-oncogenelor in oncogenese realizeaza prin urrnatoarele cai:

1. schimbarea pozitiei ADN in genom;

translocatie sautranspozitie (gena se

rnuta intr-un nou locus)

2. amplificarea genei;3. rnutatii punctiforme ale genei sau ale unui

factor care Ii controleaza exprimarea.A~a cum s-a aratat, in celulele canceroase

sunt frecvent gasiti cromozomi cu restructurari detipul translocatii, deletii, aditii, inversiuni adicafenomene prod use prin ruperi ~i alipiri incorectealeADN.

Daca proto-oncogena este translocata langaun promotor activ, transcriptia ei se intensifica ~idevine astfel oncoqena (fig. 2.14).

amplificarea genei: se formeaza multiple copii ale genei

rnutatie punctitormain gena

proteina stimulatoare acresterii este in exces

proteina stimulatoare a cresteriieste in exces

proteina hiperactiva saurezistenta la degradare

Fig. 2.14. Modificari genetice care pot transforma 0 proto-oncoqena in oncoqena.

Intensificarea expresiei proto-oncogenei poatefi ~i efectul atasarii unui element transpozabil carepoate aduce un promotor activat langa proto-oncoqena. Elementele transpozabile sau transpo-zomii sunt asa-nurnitele "gene saritoare", frag-mente de ADN care se pot deplasa in genom.Exista ~i retrotranspozomi cornpusi din ARN.

Prin amplificare se produc un numar mare decopii ale genei ~i deci 0 cantitate mare de factoriactivatori ai cresterf ~i diviziunii celulare. Mutatiilepot determina activarea unui promotor saumodificarea proto-oncogenei in sensul produceriiunei proteine mai active sau mai rezistente ladenaturare.

Un alt efect al rnutatiilor este cel inhibitorasupra gene lor care stopeaza diviziunea celulara,numite si gene supresoare ale tumorii sauantioncogene, deoarece lrnpiedica diviziunea ~icresterea necontrolata. Lipsa efectului genei

58

supresoare determine stimularea cresterii ~i divi-ziunii. Antioncogenele au fost identificate in formalor alelica adica mutanta in genomul familiilor cufrecventa mare de boli canceroase.

Majoritatea cercetatorilor considera ca pentrudeclansarea carcinogenezei sunt necesare maimulte rnodificari genetice (fig. 2.15).

Cancerul apare dupaacumulareamai multor rnutatii

a doua mutatie

a treia rnutatie

a patrasau

ultimarnutafie celule maligne

Fig. 2.15. Efect mutagen cumulat.

Aceasta consideratie ajuta la explicarea inci-dentei crescute a cancerului in anumite familii. Unindivid, care mosteneste 0 oncoqena sau 0 alela

. rnutanta a unei antioncogene, este mai probabilsa acumuleze mulatiile necesare dezvoltarli unuicancer decat un alt individ care nu posed a 0

oncogena. In ultimii ani, mai ales prin finalizareaProiectului .Genornul uman", au fost cercetate siidentificate genele care sernnalizeaza predispo-zitla pentru diverse forme de cancer (tabelul 2.2).Existenta unor gene transmise ereditar a fostconfirmata de aproximativ 15% din cancerelecolonorectale ~i de 5-10% din pacientele cu

NeoplasmMelanom malign multiplu endocrin

Localizarea geneiCDKN2 in cromo-zomul9

...••

Melanomul malignapare la nivelul te-gumentului.Celulele canceroa-se se raspandesc,distruqand tesuturfleinvecinate.Este un cancer cuevolutie rapida.Se poate dezvoltain cavitatea bucala,esofag, vagin, rnadu-va spinarii §i globulocular.

Localizare in cro-mozomul10

.t. \"

"1,l9l?A-t "'"

•......

..... ~

.(~

Neoplasmul endo-crin multiplu este 0forma rara de can-cer care afecteazaglandele endocrine,determinand cres-terea exaqerata aacestora §i hiper-functia lor, cu efectegrave asupra tuturorfunctiilor corpului.

cancer de san. Mutatii ale genelor BRCA 1 ~iBRCA2 au fost identificate la 50% din femeilecare au rnostenit oncogene. a femeie care are 0

rnutanta a genei BRCA 1 prezinta 0 probabilitatede 60% sa faca un cancer de san. In prezent s-auidentificat cromozomii purtatori de proto-onco-gene ~i s-a elaborat harta qenetica a multorcromozomi purtatori de alele ale protoonco-genelor.

Studiul gene lor implicate in transmiterea ~ideterminarea cancerului va permite diagnosticulprecoce al bolii ~i in felul acesta, prin terapieqenica, se va ajunge la vindecare.

Cancer mamar

Localizare in cro-mozomul13

--Neoplasmul mamareste a doua cauzade deces in America§i Europa. Peste60 000 de femei §i1 000 de barbati audecedat de aceastaforma de cancer pecele doua conti-nente din 1996 §ipana in 2006. Inultimii ani boala estedetectata precocedatorita aparaturiice permite vizuali-zarea micro-tumo-rilor.

Tabe/u/2.2

- -....

--------------------~---------------------------------------59

Cancer mamarasociat

cu cel ovarian

Neurofibro-rnatoza tip 2

Localizare in cro-mozomul17

Localizare in cro-mozomul22

- --Riscul cancerului desan crests cu vars-ta, fiind mai mare lafemeile care au avutsau au rude cu can-cer de san, au maiavut tulburari mamare,au avut timpuriuprima rnenstruatie,au 0 rnenopauzatarzie, s-au expus laestrogeni, nu aunascut sau au nas-cut peste 35 de ani,au 0 slaba educatie§i conditil de viatagrele.

Neurofibromatozatip 2 este 0 maladieereditara caracteri-zata de . aparitiatumorilor benignedezvoltate pe nerviiacustico-vestibulari.UHerior apar neo-plasme (cancere)generate de celulelegliale Schwann. Sim-ptomele primaresunt pierderile deechilibru, pierdereaauzului.

Desi teoretic orice celula poate suferi un pro-ces de carcinoqeneza, unele sunt mai predispusesi, ca urmare, sunt mai frecvente cancerele depiele, colon, san, prostata l?i ovar. Prognosticulsumbru ln vindecarea cancerelor provine dindiagnosticarea tardiva Tn stadiile III sau IV, candcelulele canceroase s-au multiplicat intens l?ichiar au invadat alte tesuturi, Tratamentele cla-sice, prin extirpare, iradiere l?i chimioterapie, tindazi sa fie Tnlocuite cu tratamente mai putininvazive l?i mai user de suportat de bolnavi.

Directiile Tntratarea cancerului sunt:- sintetizarea unor medicamente care sa

interactioneze direct cu enzimele care faciliteazadiviziunea celulelor maligne;

- dezvoltarea unor tehnici de "ghidare" a actiu-nii unor substante anticanceroase care saactioneze numai la nivelul tumorii;

- intreruperea vascularizatiei tumorilor si, inacest fel, )nfometarea" celulelor canceroase;

- terapie genica de lnlocuire a oncogenelor l?iantioncogenelor cu alelele lor normale.

Evitarea factorilor de risc carcinogeni l?icontrolul medical periodic, mai ales dupa 40 deani, sunt rnasuri de protejare, cai de descope-rire si interventie rapida l?i eficienta contra can-cerului.

o metoda utllizata In clinicile oncologice este"Tnghetarea tumorii", procedeu prin care suntornorate celulele canceroase.

------------- EVALUARE --------------

1. Daca orice forma de cancer este rezultatul unei alterari genetice, toate formele de cancersunt ereditare? Argumentati pro ~i contra.

2. Care sunt tipurile ~i ce rol au gene Ie implicate in cancer?

3. Care sunt mecanismele celulare de transformare a unei celule normale intr-o celula can-ceroasa?

4. urmatoarea diaqrarna reprezinta pe grupe de varste ~i comparativ predlspozttiile pentrucancer de san la femeile care posed a genele BRCA ~i la cele fara aceasta gena.

a. Analizati diagrama l?i stabiliti care este factorul de rise care crests predispozitia pentru cancerulde sari.

b. Ce decizie ar trebui sa ia femeile Tn urma cunoasterii acestui factor de risc?

cancere de san la cancere de san lafemei de 50 de ani femei de 70 de ani

cancere ovariene lafemei de 70 de ani

populatie purtatoarede gene BRCA

mutante

populatie fara genemutante BRCA

60 --------------------------------------------------------------

IMUNOGENETICA

Imunogenetica studiaza determinismul genetical raspunsului imun: mecanismele genetice careasigura diversitatea anticorpilor, a antigenilor ~i acomplexelor proteice de histocompatibilitate. Pen-

inteleqerea domeniilor de studiu ale imuno-eneticii ~i a apticatiilor acestora, trebuie lntelese

componentele sistemului imun ~i rolul acestora inapararea organismului.

in apararea fata de microorganisme, celulesau molecule straine, organismul uman reactio-eaza prin doua mecanisme: unul nespecific ~i

celalalt specific.Mecanismul de aparare nespecitic este un

raspuns generalizat fara a avea ca tinta 0 celulae un anumit tip. Acest raspuns imun se reali-

zeaza prin interventia globulelor albe si a unoroteine plasmatice. 0 prima categorie de globulebe implicate in raspunsul nespecific sunt fago-. ele: polimorfonucleare, eozinofile ~i macrofageg. 2.16; monocite) care au proprietatea de agocita si "digera" intrusii, cu un echipamentzimatic adecvat.

Fig. 2.16. Macrofage.

Mecanismul de aparare specific fata de ele-nte strains patrunse in corp (raspunsul imun)

ervine cand mecanismele nespecifice sunt ine-iente. Acest tip de raspuns imun este realizatcelule specializate - limfocitele (fig. 2. 17) T ~i

- ~i de sistemul complement.Fiecare tip de virus, bacterie sau celule strainsrpului au pe suprafata lor markeri molecularire Ie dau identitatea. Acesti markeri se afla pe

suprafata membranei tuturor celulelor corpului ~isunt numiti complexe majore de histocompatibili-tate (MHC), iar datorita lor limfocitele deosebescce este al organismului (self), de ce este strain deorganism (nonself).

Fig. 2.17. Limfocit.

Markerii straini corpului (nonself) care declan-seaza raspunsul imun specific se numescantigeni. 0 molecula antigenica este fermatadintr-o components purtator "carrier" ~i 0 gruparedeterminanta de specificitate ( epitrop).

Moleculele proteice care recunosc si se leaqaspecific de antigeni se numesc anticorpi.

Limfocitele T sunt responsabile de raspunsulimun mediat celular, iar cele B de raspunsul imunmediat umoral. La acestea se adauqa celulele NK(natural killer) care distrug celulele tumorale saupe cele infectate cu virusuri.

Exista mai multe tipuri de limfocite T cu functiispecifice in raspunsul imun, cum sunt:

- limfocite Th (helper, ajutatoare) - producstimulatoare ale imunitatii mediate celular, acti-veaza un nurnar mare de efectori implicati inraspuns precum diferentierea limfocitelor B spreplasmocit ~i formarea limfocitelor cu memorie;

- limfocite T citotoxice - elirnina celule infec-tate si celule tumorale;

- limfocite Ts (supresoare), inhiba limfocitele T~i B efectoare; induc starea de toleranta la anurnitiantigeni.

------------------------------------------------------------61

Limfocitele B produc anticorpi, iar pentru araspunde specific trebuie stimulate prin substantespecifice (interleukina) prod use de limfocitele Th.

Limfocitele T nu reactioneaza la antigeni liberiin plasma ~i sunt stimulate numai de antigeniprelucrati de macrofage (fig. 2.18).

a)

bacterie

b)

Fig. 2.18. Prezentarea antigenilor de catre macrofage:a) proteina majora de histocornpatibilitate; b) procesul de prelucrare a antigenilor finalizat cu expunerea lor

la suprafata celulei.

in urma sfimularii, lirnfocltele T incep sa sedivida mitotic, formandu-se subpopulatii de celuleefectoare cu viata scurta ~i celule cu memorie cuviata lunga (circa 10 ani). Limfocitele efectoarecompetente vor interactiona cu antigenul. Lim-focitele T cu memorie intra lntr-o stare de inacti-vitate pana la reintalnirea cu acelasi antigen,cand vor intra rapid in mitoze pentru a formalimfocite efectoare. Limfocitele efectoare reactio-neaza specific cu un antigen prin receptori speci-fici de membrana (TRC).

Limfocitele efectoare competente poseda pesuprafata membranei un numar mare de receptorispecifici care recunosc un anumit tip de antigen.!;)i limfocitele B raspund specific unui anumit anti-gen numai dupa semnalul chimic (interleukina)eliberat de limfocitele T sau dupa prezentareaunor fragmente de antigen prelucrate demacrofage. in urma stirnularii, din limfocit B seformeaza plasmocitele. Acestea au un bogataparat Goigi ~i produc mari cantitati de anticorpi

62

(imunoglobuline) care recunosc ~i se leaqaspecific de antigeni (fig. 2.19). La nivel molecularanticorpii au forma literei Y, cu 0 regiune activala capatul fiecarui brat, astfel in cat se pot atasaantigenilor pe baza arhitecturii lor, intocmai cumenzimele se ataseaza la substrat. Aceasta ata-sare face ca microorganismele sa ramana .Jipite"de anticorpi ~i astfel sa fie neutralizate pana cealte globule albe Ie vor ataca.

Fig. 2.19. Legare specifica anticorpi-antigeni.

$i limfocitele B realizeaza un raspuns imuncific.

Practic, acest lucru lnsearnna ca un limfocit Bivat nu reactioneaza decat Tmpotriva unui anti-n specific, precis. Aceasta specificitate este

imunitate umorala

~

bacteriilimfocit B

imunoglobuline secretate

determinata de receptori specifici de membrana(BCR).

Raspunsul imun (fig. 2.20) mediat eelular este efi-cient asupra antigenilor eelulari, eel mediat umoraleste eficient numai asupra antigenilor extraeelulari.

imunitate celulara

bacterii intracelulare

prezentarea antigenilor

receptor

citokine

receptori pentru citokine

neutralizare

liza (descompunere)

proliferarea ~iactivarea celulelor

efectoare(Tc, TNK, macrofage)

fagocitoza (Ieucocite, PMN, macrofage)

••1*4-# •• ~ liza celulelor infectate

,. '.~~

Fig. 2.20. Raspunsul imun specific: a. mediat umoral; b. mediat celular.

Sistemul complement (fig. 2.21) este consti-. de un ansamblu de proteine serice (notate C1,

etc.) care functioneaza impreuna completandtiunea de distrugere a aqentilor patogeni,ercitata de anticorpi. Proteinele sistemului com-ment circula ln sanqe In forma inactiva. Cand

irna protelna a seriei complementului este acti-ta (de obicei de un anticorp care s-a legat de untigen, sau de un antigen neprelucrat), aceasta

lanseaza 0 reactie Tn lant asernanatoare- erii pieselor de domino. Fiecare proteina a

plementului intervine tntr-o etapa precisa atului de reactii, efectul lor derulandu-se Incada. Produsul final al acestor reactil estearea unui cilindru care se insereaza pe·

mbrana intrusului ~i 0 perforeaza. Efectul estergerea citoplasmei celulei straine ~i distru-

rea ei. Complementul este un sistem de lega-ra Tntre mecanismele de aparare specifice ~ie nespecifice fata de antigeni.

rn-- ••••••••~ complex C1

II~ complexe C2a, C2b

t cale clasica

I• cai alternative hidroliza C3

t\• • fragmente C3b ~i C3a

II C3b,C5,C5a,C5b

•1

celulaeste

distruscf::·-- ••...•••

C5b, C6, C7, C8 ~i C9,proteine care formeaza

cilindrul

Fig. 2.21. Sistemul complement.

------------------------------------------------------------63

Potentialul sistemului imun de recunoastere ~iaparare fata de un numar extrem de mare de anti-geni este datorat receptorilor de antigeni de pesuprafata membranei limfocitelor ~i capacitatiiacestora de a produce cantitati mari ~i variatetipuri de anticorpi. Ambele caracteristici ale lim-focitelor sunt determinate genetic.

DETERMINISMUL GENETICAL RECEPTORILOR DE ANTIGEN

Atat limfocitele T cat si cele B prezinta 0 marediversitate de receptori pentru antigeni. Mult timps-a considerat ca un limfocit posed a receptoripentru mai multi antigeni. Aceasta teorie afost infirmata de identificarea unui nurnar imensde anticorpi, ca ~i de faptul ca un limfocit B

a)

eaza celule producatoare de anti-aceluiasi antigen. In prezent se stie

pentru antigen (TRC) preexists pelimftV-it' elor ~i prin urmare este deter-

ocalizarea genelor pentru recep-torii an iqe i0 a fost posibila odata cu finalizareaPro iectu I i Ge omul uman".

limfocitele T posed a patru polipeptide (alfa,beta, gamma, delta) care constituie receptoriipentru antigeni cu structuri dimerice: alfa, beta ~irespectiv gamma ~i delta.

Ace~ti dimeri se afla numai la suprafata lirn-focitelor T ~i recunosc antigenii (fragmenteepitropice) numai daca sunt legali de cornplexelemajore de histocompatibilitate (MHC). Au fostidentificate genele ~i locallzarile lor In cromozomii1, 7 ~i 14 (fig. 2.22).

b) c)

Fig. 2.22. Localizarea genelor pentru receptorii de antigeni: a) cromozomul 1; b) cromozomul 7; c) cromozornut t-t.

In cromozomul 7 este localizata gena pentrucatena alfa, In cromozomul 1 cea pentru catenagamma, iar In cromozomul 14 cea pentru catenadelta. 0 atentie deosebita a fost acordata geneidin cromozomul 7, care prezinta 0 accentuateinstabilitate ce determina frecvente rearanjari ~i,In consecinta, variatii ale secventei aminoacizilorIn catena delta, surse de varlatii somatice alereceptorilor pentru antigeni.

~i In cromozomul 14 au fost identificaterearanjari. ale genei responsabile de recu-noasterea antigenilor (fig. 2.23).

p

fi'~,,,,,,I

( TRD~<T~A

,3'

Fig. 2.23. Gene responsabile de recunoastereaantigenilor TRA.

64 ------------------------------------------------------------

q

DETERMINAREA GENETlc...\A ANTICORPILOR

Una dintre problemele centrale studiatede imunogenetica a fost explicarea reglarii gene-ice a sintezei de anticorpi. Imunogeneticienii au

demonstrat ca sistemul imun produce peste1 000 000 de anticorpi specifici ~i ar fi greu decrezut ca fiecare anticorp este codificat de geneseparate. Anticorpii sunt imunoglobuline (Ig) com-

use din patru catene polipeptidice: doua lanturiscare (220 aminoacizi) ~i doua lanturi grele440-550 de aminoacizi) legate prin legaturi di-

sulfidice. Exista cinci clase de imunoglobulineIgA, IgD, IgG, IgE, IgM), diferentierea dintre

ele fiind data de particularitatile lantului greu.!iecare lant are regiuni constante si regiuni vari-

abile (fig. 2.24).Anticorpii pot recunoaste ~i interactiona custe 100 de antigene diferite. Aceasta diversitate

se reallzeaza pe trei cai:1. Existenta mai multor gene pentru anticorpi.2. Realizarea rearanjarilor genelor pentru imu-lobuline din limfocitele B (fig. 2.25).

-iiH'Hiii-iJiiI1=Jlii-'-iC•...

zona delegare a

anticorpului

~ leqaturi disulfidice

S5SS ~ lant greu

hipervariabile }variabile regiuni

constante

Fig. 2.24. Structura anticorpilor (imunoglobuline).

3. Producerea de combinatii in structura ARNin timpul rnaturarii limfocitelor B.

Toate aceste cai sunt parcurse in citerentierea~i exprimarea gene lor pentru anticorpi ~i, caurmare, calculand to ate variantele posibile,cercetatorii au ajuns la concluzia ca probabilisticpot fi prod use de cinci ori mai multe imunoglobu-line decat cele identificate.

VItA. oJ Dn:,Wl J'''''4I CI j t=:=t j

~ rearanjarerearanjare

a doua rearanjare

secventa matri\a

regiuni variabileregiuni de diversificare

regiuni de legatura

regiuni constante

lantusor

Fig. 2.25. Diferentierea ~i sinteza anticorpilor.

--------------------------------------------------------------65

Alergenii sunt substante care provoacaalergii. Alergiile sunt unele dintre cele maifrecvente afectiuni, estirnandu-se ca 0 persoanadin 5 este alerqica. Alergiile sunt 0 forma dereactie imuna declansata de interactiunea dintreun tip de anticorpi, imunbglobulina E (Ig E) de pesuprafata celulelor mastocite, cu un alergen. Mas-tocitele sunt celulele cu rol ln apararea irnuna

. care contin tn citoplasrna numeroase granuleI bogate In histamina. Ele sunt In mare parte~ prezente In tesutul conjunctiv din piele, sub

mucoasa tubului digestiv §i cea a cailor respira-torii. Cand un alergen intra ln contact cu IgE depe suprafata mastocitelor, determina eliberareagranulelor acestora (fig. 2.26) §i eliberarea hista-minei. Interactiunea histaminelor cu receptoriipentru histamine din vasele de sanqe determinefisuri In celule §i, ca urmare, acumularea de lichidIn tesuturi lnsotita de lnrosirea tegumentului §iintensificarea secretiilor nazale §i lacrimale.

citoplasma

mastocit cu granulede histarnina

b)a)

Fig. 2.26. Mastocit (a) si mastocit activat (b).

Histamina stirnuleaza §i nocireceptorii, decian-sand durere.

Alergenii sunt variati si clasificarile suntdiverse. 0 modalitate de clasificare este lnalergeni aerieni, alergeni alimentari, alergeni decontact (tegumentari).

Tabelul2.3

Alergeni aerieni Alergeni alimentari Alergeni de contact

polen nuci latex

ectoparaziti microscopici alune unele metale ca nichelul

excremente de insecte peste fibrele artificiale

praf scoici lacuri de unghii

spori de mucegai fructe de mare cosmetice

fum de tigara melci muscaturi de tantar

vapori de solventi oua muscaturi de paianjen

deterqenti praf aditivi alimerttari, conservantiunele medicamente ca antibioticele,

sau vaccinuri

Interferonul este un grup de proteine naturaleprod use de celulele sistemului imun fiind consi-derate 0 categorie speciala de ci.!..okine.Exista 14gene §i 7 pseudogene, ln cromozomii perechii a

....2~a,grupate ln trei familii care codifica inforrnatiaqenetica pentru sinteza interferonilor. Cele treifamilii de gene determina sinteza a trei clase deinterferon: alfa, beta.§i gamma. Fiecare clasa de---------interferon are efecte diferite, dar toate au capaci-tatea de a ataca direct virusurile, bacteriile,celulele tumorale §i alte substante cu rol de anti-

geni. Interferonul nu este eficient ln cazulcelulelor atacate de antigeni, dar stirnuleazafunctia irnunitara avand proprietati antiprolifera-tive. in urma interactiunii cu antigen ii, interferonultncetmeste, blocheaza sau rnodiflca functiile saucresterea celulelor care Ie poarta. Trata-mentul cu interferon este indicat §i supravegheatde medic, deoarece are 0 puternica specificitate§i prezinta 0 serie de efecte secundare. Rezultatebune au fost obtinute lntr-o serie de afectiuni(tabel 2.4).

66 --------------------------------------------------------------

Tabelul2.4

Alpha interferon Beta interferon Gamma interferon

Leucemie Tulburari neurologice asociate sclerozei multiple Granulomatoza cronicaMelanom malign Antiviral OsteoporozaSarcomul Kaposi asociat AIDS Tumori maligne cerebra Ie Profilaxia bolilor lnfectioasePapilomatoza laringiana Hepatita C Deficiente imuneUnele tipuri de hepatiteNegi genitali

------------- EVALUARE --------------

1. Precizati daca urmatoarele afirmatii sunt corecte., ,a. Limfocitele sunt primele celule care intervin in apararea organismului fata de un antigen.b. Fagocitele recunosc anticorpii.c. Alergenii pot patrunde ~i prin piele.d. Sistemul complement poate fi activat si de limfocitele B.e. Interferonul este utilizat in tratarea osteoporozei.f. Alergenii stirnuleaza nociroceptorii.

2. lnterpretati urrnatorul desen identiflcand:a. cele doua tipuri de celule reprezentate cu albastru ~i movb. procesul desfasurat in celulele albastrec. procesul desfasurat cu participarea unei celule albastre ~i a uneia mov

3. Selectati raspunsut corect.I. Anticorpii sunt eliberatl de:a. limfocite Thb. limfocite Bc. plasmocited. limfocite Ts

II. Diversitatea anticorpilor este datorata:a. rnultiplicarii cromozomilorb. rearanjarilor cromozomialec. rnultiplicarii antigenilord. diterentierf limfocitelor

-------------------------------------------------------------67

TTRANSPLANTUL*IMPLICATII ALE IMUNOGE~DE ORG.

Transplantul consta In introducerea unui mate-rial biologic (organe, tesuturi, celule sau lichide)tntr-un organism. Dupa relatiile dintre materialultransplantat ~i organismul primitor, deosebim treitipuri de transplanturi:

- singenic sau izogenic, cand materialul trans-plantat provine de la indivizi identici din punct devedere genetic (de la acelasi individ sau de la unfrate qearnan monozigot);

- alogenic, cand materialul transplantat pro-vine de la un individ din aceeasi specie;

- xenogenic, cand materialul transplantatprovine de la un individ biologic apartinand alteispecii.

Fara interventii suplimentare, transplanturilealogenice ~i xenogenice sunt Tntotdeauna atacate~i distruse prin procese imunologice, tn timp cetransplanturile singenice nu ridica problemeimunologice. Realizarea unui transplant irnplicadoua aspecte importante: variabilitatea geneticadintre donor ~i primitor ~i recunoasterea imuno-logica a acestei variabilitati.

Respingerea grefei este datorata unei reactiiimune declansata de recunoasterea moleculelornonself ale materialului transplantat de catre sis-temul imunitar al primitorului. Moleculele nonself

cromozomul 6

c

de la suprafata celulelor nonself sunt denumiteantigeni de histocompatibilitate (nurniti ~i antigeniMHC - major histocompatibility complex) ~i con-fera individualitate biochimlca fiecarui individ.

La om antigenii de histocompatibilitate MHCsunt cunoscuf ~i sub numele de HLA (humanleukocyte antigen) deoarece au fost identificafprima oara pe membrana leucocitelor. Pentruevitarea confuziilor, literatura de specialitateutilizeaza notatia HLA pentru proteinele antigene,iar notatia MHC pentru determinantii genetici aiacestor molecule.

Antigenii de histocompatibilitate au mare vari-abilitate determinata de 0 diversitate genetica ainforrnatiei care codiflca reteta sintezei lor.Deoarece se comports ca antigeni majori lnorganismul receptor de grefa, sau organ trans-plantat, antigenii HLA se numesc ~i antigeni detransplantare.

Complexul major de histocompatibilitate estecodificat de mai multe gene localizate tn cromo-

D zomu~fig. 2.27). Clasa I de antigeni este codi-ficata de regiunea SCA, clasa II de antigeni estecodiflcata de regiunea 0, iar regiunea dintre aces-tea codlfica 0 a treia clasa minora de antigeni sicateva molecule ale sistemului complement.

brat scurt

IfDPDM DQ DR"'"' ~ ,..., •....•...•

nI' t.MPlfAP tJ u tJ 8 C A_. -, ._.---------=11--------11---.-... -- •. ... - .- -------- . ~--_.~·--__--__~i--------..JI·~--~i~-·~J~'--------~,--------..Jt

Clasa II Clasa III Clasa I

clase de antigeni

Fig. 2.27. Genele care codifies antigenii majori de histocompatibilitate.

68 ------------------------------------------------------------

Clasa I de antigeni (antigeni notati HLA-A, B ~iC) sunt expnrnati pe membrana tuturor celulelor siau rol de recunoastere de catre limfocite.

Clasa II de antigeni HLA (HLA-DR, HLA-DQ,~i HLA-DP) sunt exprirnati numai pe celulelesistemului imun care au capacitatea sa proceseze~i sa prezinte antigenii limfocitelor T (fig. 2.28).

Datorita extremei variabilitati genetice, sansaca doi indivizi sa posede molecule HLA identice lnfiecare locus este extrem de scazuta, cu exceptia

celula infectata

HLAI

limfocit Tc

gemenilor monoziqoti care au 0 probabilitate de25% sa alba HLA identic.

In functie de intensitatea raspunsului imunimplicat tn respingerea grefei, antigenii HLA sunttari ~i slabi.

Antigenii tari (clasa I) determina respingerearapida a transplantului (1-14 zile), iar antigeniislabi (clasa II) determina respingerea lenta atransplantului (de exemplu 200 de zile ln cazulrespingerii grefei de piele).

macrofag

bacterie

Fig. 2.28. Exprimarea antigenilor majori de histocompatibilitate:a. Clasa I; b. Clasa II.

In urma unui transplant, antigenii HLA aicelulelor donorului stirnuleaza un raspuns imunntens al organismului receptor (fig. 2.29), a caruinalitate este respingerea grefei. Deoarece anti-

genii HLA exprima un polimorfismul extensiv,posibilitatea transplantului este lirnitata numaiIntre parteneri compatibili.

Antigenii eliberati de tesutul transplantatclasele I ~i II) ajung ln ganglionii limfatici aiazdei ~i activeaza limfocitele T ~i B. Raspunsul

. un fata de tesutul grefat este mediat In primulrand de limfocitele T a carer acumulare ln tesutulonor preceda respingerea. Limfocitele T stirnu-te de antigenii HLA sintetizeaza interferon care

activeaza macofagele, iar acestea devin cito-oxice fata de-1esutul grefat, ca ~i limfocitele Tc. Incontinuare limfocitele patrunse ln tesutul grefat

parasesc grefa, trec In limfa ~i ajung In ganglioni,unde ln cepe proliferarea, elibereaza citokine,care activeaza limfocitele ganglionare. Acesteadevin limfocite efectoare.

In respingerea grefelor intervin ~i anticorpiiprodusi de gazda,Tnsa rolul lor este secundar. !Rolul anticorpilor tn respingerea grefelor crestedaca receptorul a fost anterior sensibilizat de altetransplanturi sau transfuzii, sau daca Intre donor~i receptor exista 0 incompatibilitate qrava.

Pentru reusita unui transplant este esentialaasernanarea cat mai accentuate a antigenilorHLA ai donorului cu cei ai receptorului. Unul dintestele practicate, ln vederea determinariihistocompatlbllltafii dintre donor ~i receptor, estereactia de amestec limfocitar (RAL) care eviden- Jtiaz~ diferente dintre tipurtle ' de antigeni ai

--------------------------------------------------------------69

clasei II dupa intensitatea proliferarii celulelor T.Un raspuns proliferativ slab confirma 0 maresansa de acceptare a grefelor.

Compatibilitatea donor-receptor pentru anti-genii clasei I se testeaza cu seruri imune anti--- -- ---'....-- - - -HLA I. Se analizeaza reactia limfocitelor celor doi

parteneri, fata de un nu~ar cat mai mare deseruri anti-HLA I. Daca limfocitele donorului l?icele ale receptorului se comports asemanatorfata de un nurnar mare de seruri, concluzia esteca aceste doua populatii de limfocite suntasernanatoare.

Descoperirea bazei genetice a raspunsuluiimun precum l?i a modului de realizare a acestuiaclarifica l?ida sperante reale tratarii unor afectiunlce pareau incurabile l?i realizarii cu succes atransplanturilor.

proteine de histocompatibilitateale gazdei

.•... .;••......•

celuladonor

limfocit Tal gazdei

arsenalul imun·'Tproteine de histocompatibilitate

ale donorului

Fig. 2.29. Prezentarea antigenilor dehistocompatibilitate ai donorului.

------------- EVALUARE --------------Selectati variantele corecte de raspuns,1. Ce test este utilizat pentru detectarea clasei I de antigeni HLA?

a. determinarea citotoxicelorb. fixarea complementuluic. reactia de amestec limfocitard. seruri imune anti-HLA I

2. Ce tehnica ar fi indicata in determinarea variatlllor genetice ale genelor MHC?a. determinarea citotoxicelorb. secventierea ADN si PCRc. amplificarea exonilor prin tehnica PCRd. reactia de amestec limfocitar

3. Rejectia rapida a grefelor se datoreaza:a. antigenilor HLA din clasa Ib. existentei antigenilor preformati pe suprafata limfocitelorc. antigenilor HLA din clasa IId. raspunsului imun mediat umoral

II 4. Cele mai scazute sanse de acceptare de catre primitor Ie au transplanturile:

a. izogeniceb. xenogenicec. alogeniced. singenice

5. Clasa I de antigeni CMH deterrnma:a. respingerea lenta a grefelorb. recunoasterea HLAc. respingerea rapida a grefelord. respingerea HLA

70

Sfaturile genetice constau in consilierea viito-rilor parinti privind probabilitatea ~i riscul de aavea urmasi afectati de 0 maladie genetica. Unalt scop al sfaturilor genetice este ~i acela dea explica de ce ~i cum se transmit maladiilegenetice, precum ~i de a evalua optiunile privindtratarea acestora.

Exista trei categorii de factori care recornandasolicitarea sfaturilor genetice: de cup/u; de familiea cup/u/ui; diver§i (tabelul 2.5).

DOMENII DE APLICABILITATE ~I CONSIDERATII BIOETICEIN GENETICA UMANA

Evolutia rapida a descoperirilor stiintiflce dindomeniul geneticii moleculare, ca ~i perfectio-narea tehnicilor de investiqatie ~i manipulare amaterialului genetic au deschis noi domenii deutilizare in genetica umana.

Dintre apllcatlile geneticii umane, un deosebitprogres s-a inregistrat in dezvoltarea tehnicilor declonare terapeutica si terapie genica, precum ~i inperfectionarea testelor de diagnostic prenatal, depaternitate, de fertilizare in vitro, de crirninalistica.

Tabelul"2.5

Factori de cuplu

Categorii de factori care recornanda adresarea la cabinetul de sfaturi genetice

Factori diversl

Infertilitate

Dupa doua sau mai multe avorturi spontane

Tnainte de a dona ovule, sperrna sau embrioni

Tnainte de implantarea embrionilor forrnati in vitro

Existenta unei maladii genetice la unul din viitoriiparinti

Daca mama depaseste 35 de ani, iar tataldepaseste varsta de 45 de ani

Rezutate anormale ale testelor pe perioada gravi-diei

Suspiciuni de posibile anomalii fetale ca: parinte cutulburari neurologice, depresiv, diabetic, alcoolic,dependent de droguri sau sub tratament pentru 0

maladie cronica

Unele maladii genetice pot fi rnostenite, caala Huntington, altele nu se rnostenesc cizulta printr-o mutatis in timpul gametogenezei,m este sindromul Down, sau in timpul dez-Itarii embrionare. Exista ~i maladii genetice,zultate atat ale mostenirti cat ~i ale produceriiei rnutatii, cum este nanismul.in functie de examenul clinic ~i de analizaror datelor privind istoria membrilor cuplului ~i

Factori de familiea cuplului

Descendenti cu anomaliipsihoneuronale, cromozo-miale, somatomotorii

Apartenenta parintilorla un grup etnic saugeografic cu incidentamare a bolilor gene-ticeDecese premature ale

descendentilor sau ascen-dentilor

Rude afectate de maladiigenetice

Teama parintilor de aavea un copil cu 0

afectiune genetica

Existenta sarcinii Inurma unui viol sauincest

Frecvente cazuri de can-cer In familie

Un grad de Inrudiretntre viitorii parinti (veriprimari, secundari)

a pedigriului familiilor lor (fig. 2.30), medicii reco-rnanda anumite teste. Testele genetice nu producrezultate user de lnteles, ele pot revela prezenta,absenta sau restructurarea unor gene sau crorno-zomi. Prelucrarea rezultatelor testelor este reali-zata de profesiornstii in sfaturi genetice careevalueaza sernniflcatia lor ~i prezinta pacientiloroptiunile pe care Ie au in functie de fiecare situatiein parte.

--------------------------------------------------------------71

Obarbat ne~fectat

.biirbat cu fenotip normal,~urtiitor de gene mutante

barbatafectat de boaIii

ofemeie neafectati!

femeie cu fenotip normal,darpurtatoarea genei mutante

femeie afectatade boalii

Fig. 2.30. Pedigriul transmiterii distoniei - maladieautozornala datorata mutatiei genei DYT1 situata in cromo-

zomul 9 locusul 9q34.

Daca testele confirrna posibilitatea de a aducepe lume un copil afectat de 0 maladie genetica,numai cuplul poate decide ce optiune sa aleaqa.Pentru unii poate fi peste rnasura de indurat sarci-na de a crests un copil afectat genetic !?i potdecide sa nu alba astfel de copii, optand spreadoptii sau fertilizare in vitro cu ovule !?isperma-tozoizi proprii sau de la indivizi sanatosi. Pentrualtii, problemele unui copil afectat genetic potparea suportabile !?iaccepts sa creasca un astfelde copil. Sfatul geneticianului este util in ambelesituatii. EI va prezenta in detaliu care sunt riscurile!?icum trebuie sa Ie faca fata viitorii parintl.

DIAGNOSTICUL PRENATAL

Este un domeniu specializat al sfaturilor gene-tice care vizeaza examinarea embrionului !?ifatu-lui in vederea supravegherii evolutiei sarcinii!?i identificarli unor eventuale anomalii. Metodelede diagnostic prenatal se clasiflca, dupa riscurilece Ie implica, in metode neinvazive !?i metodeinvazive.

MetodeJe neinvazive nu furnizeaza date pre-cise privind materialul genetic al viitorului copil,dar pot semnala existenta unor anomalii. Printremetodele neinvazive ca ecografia sau analizadistantei de la simfiza pubiana la fundul uterin(fig. 2.31), ecografia este cea mai uzitata. Analiza

72

cu ultrasunete permite determinarea loculuiirnplantarii embrionului, numarul de embrionidintr-o sarcina, varsta sarcinii, ritmul de crestere afatului, pozitia fatului, morfologia !?i sexul fatulu],volumul lichidului amniotic. Prelucrarea acestorinforrnafii poate conduce la concluzii privind sana-tate a fatului !?ia mamei.

Fig. 2.31. Masurarea distantei de la simfiza pubiana lafundul uterin.

MetodeJe invazive irnplica intotdeauna un risece poate sa provoace afectiuni fatului, mamei sauchiar un avort. Aceasta categorie de metode esterecomandata doar in cazul unei suspiciuni consi-derabile privind existents unei anomalii genetice,sernnalizata de alte teste. Prin metodele invazivese investigheaza materialul genetic al celulelorfetale din lichidul amniotic, sau din sanqele fetal.

Fig. 2.32. Posibilitati de acces la embrion in scop dediagnosticare: 1 - embrion; 2 - cavitate amniotica: 3 - cavi-

tate corionica; 4 - cavitate uterina; 5 - corion; A - amnio-centeza; B - biopsia corionului prin peretii abdominali;

C - sanqe din cordonul ombilical; D - biopsie corionicatransvaqinala.

Avand in vedere posibilele efecte nedorite,diagnosticul prenatal este precedat de 0 bunapreqatire a parintilor, care trebuie sa i~i dea acor-dul nurriai dupa buna inteleqere a riscurilor la carese expun mama ~i fatul. Totodata parintii care aflade 0 anomalie a fatului trebuie sa ia decizii privindevolutia acestuia numai dupa 0 buna cunoasters~i corecta evaluare a situatiei.

• Biopsia tesututui din corion se practica inprimul trimestru de sarcina ~i consta in analizacelulelor corionului care au acelasi material

genetic cu al fatului. Tesutul corionic este analizatpentru detectarea anomaliilor cromozomiale (casindromul Down) ~i pentru detectarea unor ano-malii genetice metabolice (ca anemia falciforma),

• Amniocenteza este utilizata de obicei in aldoilea trimestru de sarcina ~i permite obtinerea decelule fetale pentru analiza cariotipului ~i fluid incare se pot identifica enzime exprimate de genecare au suferit rnutatii (fig. 2.33). Pentru evitareaunor accidente in timpul prelevarii probelor,medicul se ajuta de ultrasunete pentru ghidare.

centrifugare

uter

a)cultura de celule fetale

fat de 8-10saptamani

b)

Fig. 2.33. Amniocenteza !?ibiopsia de corion - obtinerea !?iprelucrarea probelor biologice:a) arnniocenteza; b) biopsia tesutului corionic.

Punctia in cordonul obilical pentru obtinereaor probe de sanqe fetal se practica in cazulspiciuni unor afectiuni de tipul hemoglo-

inopatidor, defecte de coagulare sau infectiiirale ale fatului.

Prelucrarea probelor pentru determinarea unorladii genetice se poate realiza direct ~i rezul-

tatul poate fi obtinut in 24 de ore, sau dupa culti-varea celulelor fetale intr-un mediu nutritivspecial, pentru a fi supuse unor tehnici mailaborioase de prelucrare, cum este tehnica FISH-metoda fluorescenta.

Prin aceasta tehnica pot fi identificate variatlilenumerice ~i restructurarile cromozomiale in cariotip.

------------------------------------------------------------73

FERTILIZAREA IN VITRO

Este 0 metoda de a aduce pe lume copii.Metoda este recornandata numai dupa ce un cuplueste dovedit infertil prin monitorizari ale ovulatieifemeii, determinarea modului de functionare asistemului endocrin !?i reproducator, determinareadensltatii, viabilitatii !?i rnobilitatii spermatozoiziloretc. De asemenea, fertilizarea in vitro poate fi 0

optiune daca femeia are 0 tromps uterina lipsa saublocata, grave endometrite sau dupa mai multeinsuccese consecutive inseminarli artificiale.

Infertilitatea poate fi cauzata de afectiunilor aleambilor membri ai cuplului sau datorita afectariiunui singur membru al cuplului. Tehnica defertilizare in vitro (fig. 2.34) s-a dezvoltat In ultimii25 de ani !?i consta dintr-o serie de proceduriderulate lntr-o anumita secventa. Aceste see-vente sunt:

1. Aplicarea unui tratament zilnic cu substantecare stirnuleaza ovulatia. Acesta se aplica femeiicare furnizeaza ovocitele.

2. Extragerea laparoscopica a ovocitelor(laparoscopul este introdus In abdomen printr-o

mica mcizie !?i este ghidat cu ajutorul ultra-sunetelor pana la ovar).

3. Ovocitele plasate intr-un vas Petri sunt puseIn contact cu spermatozoizii !?iincubate 24 de ore,rezultand astfel celule ou.

4. Celulele ou sunt introduse tntr-un mediu decultura pentru a se divide, devenind embrion.

5. Daca celulele ou se dezvolta normal,4 dintre ele sunt introduse In treimea inferioara atrompei uterine sau sunt implantate ln utero Restulcelulelor ou sunt de obicei conservate prininqhetare. Daca In intervalul de doua saptamaniembrionul nu este eliminat, fertilizarea in vitro s-arealizat cu succes. Dupa fertilizare, femeileurrneaza un tratament hormonal care are ca scoppastrarea sarcinii.

Chiar daca fertilizarea s-a realizat cu succes,exista riscuri, iar cele mai frecvente sunt formareade sarcini multiple care favorizeaza avorturi spon-tane sau subdezvoltari ale fetilor, Metoda are unprognostic de reusita cuprins lntre 15 !?i 50%.Succesul este legat de varsta mamei care, dacaeste peste 40 de ani, are sanse mult diminuate dea ramane insarcinata pe aceasta cale (4%).

fecundatie in vitro

incubarea zigotilortimp de 48-96 ore

transferul embrionilor,... ~in cavitatea uterina

sperma aspiratiaovocitelor

prelucrare - analizaspermatozoizilor

incubarea ziqotilortimp de 48-96 ore

incubator

ovar

uter

Fig.2.34. Tehnica fertilizaril in vitro.

74 -----------------------------------------------------------

CLONAREATERAPEtnaCAE~te 0 tehnica prin care se obtln copii identice

de celule cu acelasi material genetic. Celuleleidentice pot lnlocui tesuturi :;;i organe. 0 metodade obtinere a clonelor tisulare este cea carefoloseste celule stem (fig. 2.35), celule capabilesa se diferentieze lntr-o mare varietate de tipuri

celula ou (zigot)blastula

celulare. Celulele stem sunt prezente In embrionsau In organele adultului cum ar fi In rnaduvahematogena din oase. Din celule stem cultivatese pot obtine tesuturi care sa lnlocuiasca tesuturibolnave, sau organe care sa lnlocuiasca organeafectate. Avantajul utilizarii celulelor stem constaIn faptul ca, fiind obtinute de la acelasi individ, nuvor fi respinse dupa transplant.

gastrula

cultivarea celulelor stem

celule stem embrionare

/embrion

tesut osos•

tesut nervostesut muscular

celule pentru diverse terapii

Fig. 2.35. Obtinerea clonelor tisulare terapeutice din celule stem.

o alta varianta a clonarii terapeutice esteclonarea ADN pentru producerea unui nurnarmare de gene· identice. Genele pot fi ale uneicelule somatice sau ale unei celule embrionare.Prin diversi vectori, genele clonate pot fi introduseIn genom pentru a Inlocui gene mutantedisfunctionale, sau pot fi introduse In bacteriicare devin adevarate fabrici de proteine umane(fig. 2.36), ca hormonii de crestere :;;i insulina.

Terapia genica presupune introducerea unuimaterial genetic In celule cu scop terapeutic.

escoperirile recente privind genomul uman, ca~i progresele Inregistrate In domeniile genomicii~i ingineriei genetice au permis cunoasterea Inarnanunt atat a genelor incriminate In aparitia

nui mare nurnar de malad ii, cat ~i a rnodalitatilore multiplicare a genelor. In prezent sunt

rfectionate tehnicile de introducere a genelor

sanatoase (fig. 2.37) care sa Ie lnlocuiasca pecele anormale. In transportul ~i inserarea genelorsanatoase se utilizeaza vectori naturali cavirusurile, :;;i vectori artificiali ca particulele deADN lmbracate In lipide. Vectorii naturali caretrovirusurile si adenovirusurile patrund inacelasi mod In celule, leqandu-se de receptorispecifici. Retrovirusurile cu ARN monocatenarnecesita convertirea in ADN pentru a se inseraIn genomul celulei gazde, iar intrarea In nucleueste posibila numai In timpul diviziunii celuleigazde, cane membrana nucleara este dezorga-nizata. Genomul adenovirusurilor este bicatenar~i patrunde In nucleul gazdei In orice momental ciclului celular. Vectorii artificiali, cum suntmoleculele de ADN acoperite de lipopoliamide,au demonstrat un transfer eficient in multe tipuride celule.

------------------------------------------------------------75

izolarea ADN plasmid a liiADN uman

celula bacteriana celula urnana

taierea ambelor fragmente de ADNeu ajutorul enzimelor de restrictie

• combinarea pe baza deeomplementaritate a ADN

introducerea ADN in celulebacteriene care au 0 rnutatiela nivelul genei lac Z

eultivarea bacteriilor in mediueu ampicilina

ena lacZ

plasmid a ) gena

bacteria<; de i~erescapat _}O{- ",_odoADN"m"

o 0plasmid - ADN recombinat

l

colonie eu plasrnidanerecombinata

in care gena lac Zeste intacta

colonie bacteriana eu plasrnida recombi-nata in care gena lac Z este lntrerupta

elena bacteriana

Fig. 2.36. Clonarea terapeutlca a genelor umane ~i transferarea lor in bacterii care vor produce proteine umane.

a) b) C)~~~~~;;~Fig. 2.37. Vectori utilizati in introducerea genelor:

a - retrovirusuri; b - adenovirusuri; c - vectori artificiali (gena terapeutica = gena de lnlocuit).

capsid a

~~~L-_.revers-transcriptaza

endozom

proteinaterapeuticii

;fN/~

membrananZlm~AD nuclearaADN

76

+ ADN (genomviral)

+

ADN

(5~i~1p,asmida

Aceste metode lnsa mai trebuie perfectionate,deoarece au evidentiat 0 serie de efecte adverseca infectii virale foarte grave chiar letale, precum~i frecv~nte supresii sau excluderi ale genelorimportate ca efect de respingere exprimat decelula gazda.

CONSIDERA TII BIOETICE PRIVINDINTERVENTIA ASUPRA MATERIALULUI,

GENETIC UMAN

Descoperirile recente din domeniul geneticiiumane, ca ~i perfectionarea tehnicilor de inter-ventie asupra genomului uman au generat 0 serie,de lntrebari ca :

• Cine ar trebui sa alba acces la inforrnatlilegenetice personale ~i cum se vor folosi acesteinformatii?

• Ci~e define ~i controleaza informatia gene-tica personala?

• Personalul medical consiliaza corect pacientiiprivind riscurile ~i limitele tehnologiei genetice?

• Ce irnplicatii socia Ie are noua tehnologiegenetica reproductiva?

• Exists un sistem unitar de evaluare a rezul-tatelor testelor genetice?

• in ce masura educatia maselor largi ~i for-marea profesionala a medicilor este actualizata lanivelul descoperirilor in domeniul geneticiiumane?

Aceste lntrebari au declansat ~i lntretin incadezbateri publice in toate colturile lumii. La uneledintre ele, diverse state au reactionat prinimpunerea unei legislatii care lirniteaza accesul lainformatiile genetice umane ~i interzice rnanlpu-larea informatiilor. Alte lntrebari sunt inca indezbatere ~i ~ste de asteptat ca toate state Iesa promulge ISgi care sa impiedice discriminart,reducerea dlversitatii umane ~i controlul excesival dezvoltarii acesteia.

in august 2003, SUA a facut publica pozitiafata de clonarea urnana interzicand cu desa-v~r~ire utilizarea clonelor umane atat in scopterapeutic, cat ~i in scop experimental. Aceastadeclaratie a fost urrnata de adoptarea teqislatieicare reglementeaza ~i responsabilizeaza cerce-

tarile de genetica urnana in multe state europene~i asiatice.

Aplicatii practice ~~~~~~~~1. InvestigatieAnaliza comparativa a caracterelor feno-

tipice observate ~i interpretarea transmiteriiacestora in cadrul populatlllor umane

o serie de caractere fenotipice umane suntdeterminate de gene autozomale dominante ~iuser de identificat la persoanele din familiile sauanturajul nostru. Pistruii, degetele scurte la rnaini,urechea lobata, linia in unghi de implantare aparului pe frunte sunt astfel de caractere.

lnvestiqati unul din aceste caractere in familiavoastra ~i identiflcati modul de transmitere, veri-flcand dominanta sau recesivitatea lor.

"Realizati pediqriul pentru transmiterea acestuicaracter in cadrul familiei voastre pe parcursul atrei qeneratii.

*2. Evidentierea cromatinei sexuale la omCromatina ~exuala, nurnita ~i corpusculul Barr,

se constituie la sexul feminin inca din a doua sap-tarnana de viata intrauterlna, dintr-unul din hete-rozomii X, care devine astfel nefunctional. Cro-matina sexuala se coloreaza cu carmin acetic ~iapare ca un 0 formatiune triunqhiulara flxata cu 0

baza pe fata interna a membranei nucleare. Evi-dentierea cromatinei sexuale permite identificareatirnpurie a sexului viitorului copil sau identificareaunor anomaliiheterozomale, ca sindromul Kline-felter.

Materiale necesare: lame, lamele, carminacetic 2%, cutit de plastic, spirtiera, microscop.

Mod de lucru1. Razuiti cu cutitul peretele lateral al rnucoa-

sei bucale.2 Plasati celulele recoltate pe 0 lama, picurati

carr~in acetic ~i acoperiti cu 0 larnela.3. incalziti la spirtiera preparatul timp de 5

minute, evitand fierberea.4. Apasati cu degetul mare pentru 0 buna eta-

lare a preparatului. . . . .5. Observati la microscop ~I ldentiflcati crorna-

tina sexuala daca sunteti de sex feminin.

--------------------------------------------------77

-------------- EVALUARE ------~-------Studiu de cazCititi cu atentie urrnatoarea relatare:"Maria ~i George Popescu sunt casatoritl de 9 ani. Dupa ce timp de sase ani au lncearcat fara sue-

ces sa alba un copil, Maria ~i George se adreseaza unei clinici specializate In probleme de infertilitate.Deoarece Maria a suferit anterior extirparea unei trompe uterine, ea era 0 buna candidate pentru 0 fer-tilizare in vitro. La clinica respectiva s-a aplicat tehnica de fertilizare in vitro In care 9 ovocite ale Marieiau fost fecundate cu sperma prelevata de la George. Patru embrioni au fost irnplantati In uterul Marieicu speranta ca se vor dezvolta, iar restul de 5 au fost Inghetati pentru eventuala utilizare daca primaimplantare nu dadea roade. Din pacate embrionii implantati nu s-au dezvoltat ~i aceasta a determinatgrave nelnteleqeri lntre soti, declansate ~i de costurile mari ale procedurii. in scurt timp sotii Popescuau divortat, Maria a cerut sa alba dreptul de a folosi embrionii Inghetati, dar George a interzis cliniciisa Ii dea, afirmand ca nu doreste sa fie parinte. Deoarece nu exista 0 leqislatie care sa reglementezedrepturile asupra embrionilor In caz de divert sau de deces al parintilor genetici, cei doi fosf soti aucerut pronuntarea unei hotarari de catre 0 instanta judecatoreasca.

Orqanizati-va In trei grupe: avocatli Mariei, avocatli lui George ~i judecatori, Dezbatef procesul celordoi fosti soti. Judecatorii se vor ghida dupa urmatoarele lntrebari.

• Ce probleme etice identlficatl In acest caz?• Ce fapte credef ca sunt relevante pentru a putea luao decizie?• Ce criterii veti utiliza In luarea deciziei?• Ce optiuni aveti la dispozitie In luarea deciziei?.Tn favoarea cui va fi decizia pe care 0 luati?• Ce valori morale sunt implicate In decizia luata?

lEcrURAAnticorpii monoclonali

Fiecare plasmocit, derivat din acelasi limfocitB stimulat de un anumit antigen, secreta anti-corpi specifici acestui antigen, anticorpi nurniti~i monoclonali deoarece sunt de acelasi tip. 0metoda de producere a anticorpilor monoclonaliin vitro este ilustrata In figura alaturata.Limfocitele B sunt extrase dintr-un animal (deobicei din soarece), sunt expuse unui antigen,fuzioneaza cu 0 celula maliqna, formand hibri-doame care secreta anticorpi monoclonali.

Anticorpii monoclonali sunt utilizati pentru:• diagnosticarea sarcinii - identifica hormonii

specifici; anticorpi

• diagnosticarea infectlilor - recunosc anti- monodonali

gene;• tratarea cancerului - recunosc celulele maligne ~i pot transporta citotoxice sau izotopi radioactivi

care distrug selectiv celulele tumorale.

celule tumorale

celule producatoare .1de anticorpi

~ne

hibridoame

4 fJl.iiQ.",:tJ~·~hib-rid~Oame s:ate pentruclonala «~;-It" producerea anticorpilor dori\i

hibridoame donate producatoarede anticorpi

78

EVALUARE CAPITOLUL 2I. Analizati imaginile de mai jos §i precizati:

(e It (I II m I( It. (I II n1 z ;) 4 5 1 2 3 4 5nllklfnll,. II II )f If I. II "6 1 89101112 6 1 • 9 •• 11 12

I' 66 II •• II 11 XI 16 66 6A d DII ,.13 14 15 16 17 18 19 13 14 " 16 17 18 19

Q .II l' fa ulp_lu (&ZII 21 Z2 Xy ZII Z1 Z2 Xy

a. Ce reprezinta aceste imagini?b. Ce sex are persoana al carei genotip estereprezentat in imagini?c. Prin ce procedee se pot obtine astfel de imagini?d. Care din cele doua imagini reflecta un genotipnormal si care un genotip anormal?e. Despre ce sind rom este yorba in cazul geno-tipului anormal?f. Pe baza cunostintelor anterioare §i a celor pecare Ie puteti descoperi in urma propriilor voastredocurnentari, precizati cinci caracteristici alesindromului ilustrat in imagine.

II. Selectati varianta corecta de raspuns:,1. Ce grupa de sange poate avea un copil alcarul tata are grupa A(II) homozigot, iar mamaare grupa O(I)?a. B(III)b. AB(lV)c. A(II)d. 0(1)

2. Care din urmatoarele aflrmatil este corecta:a. cele 23 de perechi de cromozomi sunt identicela barbati §i la femei

. cromozomii autozomi perechi sunt identicic. la sexul feminin perechea 23 de cromozomiomologi este XX

. barbatii forrneaza qarnef identici din punct devedere genetic

3. Care este probabilitatea ca un cuplu saalba descendenti de sex masculin, daca se.-conflrrna legea mendellana a domlnantel com-plete?

xxx..J'""

x

xx Xy

xx xv

4. Care dintre urmatoarele caractere esterezultatul exprimarii celei mai dominante genealele?

-a, ochii albastrib. ochii capruic. ochii verzid. ochii violeti

5. Ce grupa de sange are mama a doi fratldaca acestia au grupele A(II) §i B(II) daca tatalare grupa O(I)?a.O(I)b. B(lII)c. AB(IV)d. A(II)

6. Respingerea unui transplant in urmatoarele14 zile de la efectuarea axcestuia este datorata:a. clasei II de antigenib. macrofaqelorc. sistemului complementd. clasei I de antigeni

7. Prin studiul cariotipului se pot determina:a. genele dominanteb. compatibilitatea donor-receptorc. anomaliile structurale cromozomialed. genele recesive

-----------------------------------------------------------79

*8. Cand se alcatuteste un pedigri, cesimbol este utilizat pentru reprezentarea unuibarbat afectat?

a.

b.

c.d.

*9. Comparati urmatoarele pedigriuri:

a. identificaf 0 asernanare privind cauza afectarildescendentilor din a doua generalieb. identificati 0 deosebire privind cauza afectariidescendentilor din a doua qeneratie

11I.1.Elena ~i sotul ei au pierdut multi copii intimpul dezvoltarli lor embrionare. Analizacariotipului ultimului fat avortat se prezinta cain urmatoarea imagine.

~l ~~

17 ~ cl ),'~~

It , I lJ.t It ii

.,)(

IJ

a. Cali cromozomi sunt prezenti in cariotip?b. Cornparand cariotipul fatului cu un cariotip nor-mal, ce apare anormal?c. Ce investigalii ar trebui sa urmeze acest cuplu?d. Ce s-ar putea descoperi in urma investiqatiilor?

*2. Analizati urmatorul pedigri ~i stabllltl:

a. tipul de maladie qenetica transrnisa in cadrulacestei familiib. daca gena care deterrnina maladia este domi-nanta sau recesiva.

IV.Alcatuiti un eseu cu titlul "Clonarea terape-utica", precizand urmatoarele:a. definitia clonarii terapeuticeb. variantele clonarii terapeuticec. aplicatlile clonarii terapeuticed. avantajele utilizarri unei clone terapeuticee. dezavantajele utillzarii clonarii terapeutice

X truuoz-OWOJ~ap ~lel.md ~lUeU!WOp '~leWOZOJala4 Z.•.III

'~8.•.~~L'p 9 '~g'qp »c 'o Z'~ ~ ·11

80 --~---------------------------------------------------------