בדיקות גנטיות ישירות ועקיפות לאבחון מחלות גנטיות - Direct and indirect genetic testing for genetic disorders

הדפס

בדיקות גנטיות ישירות ועקיפות לאבחון מחלות גנטיות
Direct and indirect genetic testing for genetic disorders
יוצר הערך	פרופ' מוטי שוחט

לערכים נוספים הקשורים לנושא זה, ראו את דף הפירושים – בדיקות גנטיות

זיהוי הפרעות גנטיות באופן ישיר (שימוש בגלאי סגולי למוטציה)

ההפרעות הגנטיות (Genetic disorders) הניתנות בקלות לזיהוי בעזרת Southern blots הן אלו הנובעות מהיעדר מקטע של הגן (Deletion) או מהיעדר הגן כולו (זה מתבטא בשינוי גודל או איבוד המקטע המכיל את הגן). כך לדוגמה, נמצא ברוב חולי Alpha thalassemia במזרח אסיה, או Beta thalassemia בהודו.

באופן דומה ניתן לזיהוי ישיר איבוד חלק מהגן ל-Collagen במקרי osteogenesis imperfecta. עם פיצוח הקוד הגנטי של שאר הגנים, יהיה ניתן להיעזר בשיטה זו בכל מחלה הנובעת מחסרים מיקרוסקופיים (Microscopic) כאלו. באותה שיטה ניתן לקבוע אם קיימת הכפלה בלתי תקינה של רצפי החזרות הטרינוקלאוטידיות (Trinucleotides) בגנים שאחראים למחלות כמו תסמונת X-שביר (Fragile X syndrome), דיסטרופיית שרירים מיוטונית (Myotonic dystrophy), מחלת Huntington וכדומה [ראה/י בחלק ב', 'המוטציות הדינמיות' (Dynamic mutations)].

אולם, מחלות תורשתיות רבות אינן נובעות מחסרים הניתנים לזיהוי כמתואר לעיל, אלא חל חילוף בסיס בודד לאורך ה-DNA‏ (DeoxyriboNucleic Acid), מוטציה העלולה להתבטא בשינוי בסדר חומצות אמינו (Amino acids). (באנמיה חרמשית, החלפת החומצה הגלוטמית (Glutamic acid) בעמדה 6 ב-Valine; בווריאנט Z‏ (Z variant) של חסר Alpha 1 Antitrypsin - החלפת החומצה גלוטמית בעמדה 342 ב-Lysine, ועוד). הפרעות כאלו ניתנות לזיהוי, אם השינוי גורם ליצירה או להרס אתר החיתוך של אנזים חיתוך מסוים. כך, לדוגמה, באנמיה חרמשית (Sickle cell anemia) אנזים הנקרא MST-II יוצר מקטעים ב-Southern blots, השונים מאלה המתקבלים מגן (Gene) בריא.

פותחה שיטה חלופית יעילה, שלפיה משתמשים בבדיקה ישירה של המוטציה. נאמר שמרכיבים כימית 2 נוקלאוטידים מסומנים באורך של כ-20 בסיסים, אחד משלים מלא לסדר הבסיסים במקום המוטציה, והאחר משלים מלא לסדר הבסיסים בגן התקין. שני נוקלאוטידים אלה שונים בבסיס אחד. שטיפת הכתמים (Blots) בטמפרטורות שונות אחרי ההיברידיזציה (Hybridization) בתערובת של 2 הנוקלאוטידים יוצרת תנאים, שבהם הנוקלאוטיד התקין מתקשר רק לגן התקין ולא לחולה, ולהפך. כך ניתן לזהות חולה (סימון חיובי רק עם הנוקלאוטיד החולה), בריא (רק עם הבריא) או נשא (סימון עם שניהם). בעבר השתמשו בשיטות אלו בהצלחה לאבחון אנמיה חרמשית, Beta thalassemia‏, Cystic fibrosis, חסר של Alpha Antitrypsin ועוד. שיטה זו ניתנת לשימוש בכל מוטציה שכיחה ומוכרת במחלה, שהגן שלה כבר נמצא.

היתרון בשיטה זו: ניתן גם לבדוק את קיום המוטציה ישירות בחולה וגם ניתן לסקור אוכלוסיות ולזהות את נשאי המוטציות האלו. כך, למשל, סקר האוכלוסייה האשכנזית בארץ ל-5 המוטציות השכיחות ל-Cystic fibrosis יאתר את הרוב המכריע של הזוגות בסיכון ללדת ילדים חולים, וזוגות אלה יוכלו לבדוק בהיריון את העובר.

במחלות מסוימות המוטציה מתבטאת ביצירת קוד (מוטעה) של סוף העתקה (במיוחד כשיש חסר במספר לא שלם של כפולות של 3 בסיסים, כשכל הקוד הגנטי מעבר לזה משתבש). מצב כזה שכיח במחלות כמו Neurofibromatosis, דיסטרופיות שרירים על-שם Duchenne ופוליפוזיס (Polyposis) של המעי הגס. במקרים אלו ניתן בעזרת קיט (Kit) מיוחד לגרום להעתקת הגן מדם החולה ותרגומו לחלבון, ולפי הקיצור באורך שלו ניתן לזהות את הפגם לאחר הרצה בגל לפי משקל מולקולרי (Molecular). שיטה זו נקראת Truncation protein test.

זיהוי הפרעות גנטיות בצורת בדיקה לא ישירה בשיטה של תאחיזה (Linkage) גנטית (שימוש בגלאי לגן סמוך לגן הנבדק)

שתי תכונות חשובות מנוצלות לאבחון מחלות, שהגן המעורב בהן אינו מזוהה, אך ידועה סמיכותו לגן אחר מוכר:

1. שני גנים הממוקמים קרוב זה לזה על גבי הכרומוזום (Chromosome) יעברו יחד בתורשה בתדירות רבה מהצפוי (צפוי 50 אחוזים). ככל שיהיו סמוכים יותר זה לזה, הסיכוי להיוותר ביחד בתהליך ה-Crossing over [בשלב הפרופזה (Prophase) של החלוקה המיוטית (Myotic)] גדול יותר; "גן סמוך טוב" נחשב כזה שיעבור פחות מרקומבינציה (Recombination) אחת בכל 100 מיוזות עם האתר החולה
2. קיום פולימורפיזם (Polymorphism) בסמיכות לגן: מספר רב של שינויים ברצף ייתכנו בסמיכות הגן, בלי שיגרמו לכל שינוי בתוצר המוגמר. כך לדוגמה, נמצא, שבגן ה-Beta globin יש 200 בסיסים שונים (אצל אנשים שונים או אפילו בין 2 כרומוזומים באותו אדם), המותירים את הגן נייטרלי (Neutral). שינויים כאלה ממוקמים לאורך הגן באזורים של ה-DNA שאינם מקודדים לשום חלבון (Intron), והם ניתנים להדגמה בשיטות שונות כמו בחיתוך עם אנזים סגולי או על ידי הפרדה לפי אורך המקטע הנבדק

סמנים הנבדלים בשינוי נקודתי, הנבדלים בחיתוך עם אנזים רסטריקציה מכונים Restriction Fragment Length Polymorphism‏ (RFLP's). אלו היו הסמנים הראשונים.

במהלך פרויקט הגנום (Genom) נתגלו ואופיינו סמנים חדישים מאוד פולימורפיים, המבוססים על רצפים דינוקליאוטידים (Dinucleotide) או טרינוקליאוטידים (Trinucleotide) ‏(CA או CAA) החוזרים מספר פעמים שונה בכרומוזומים שונים. אלו נקראים היום בשם כולל Short Tendom Stratch‏ (STS). מקטעים אלו יותר פולימורפיים מה-RFLP's ובעצם החליפו אותם. הם גם קלים יותר לאנליזה. ידועים אלפי מקטעים פולימורפיים מהסוג הזה, וכולם מופו. לכל גן נבדק יש אפוא מספר מקטעים פולימורפים מהסוג הזה, הנמצאים בסמוך לו ומאפשרים לבצע אבחון בעזרת תאחיזה גנטית.

שתי התכונות הללו משמשות לאבחון הפרעות שונות בשתי דרכים: הראשונה, תאחיזה גנטית רגילה (Linkage), מתבססת על ניתוח סמנים פולימורפיים של בני המשפחה של חולה אחד לפחות, שה-DNA שלו הוא לעיתים הכרחי לאבחון מוקדם של חולים נוספים. השנייה נקראת "Linkage disequilibrium", ויישומה יכול להתבצע גם ללא ה-DNA של החולה במשפחה (ראו בהמשך).

במשפחות של חולה ידוע מנצלים את העובדה, שמקומו של הגן האחראי למחלה ידוע וקיים לידו סמן פולימורפי. אולם, גם במקרה כזה לא ידוע איזו מהצורות הפולימורפיות נושאת את האלל החולה ואיזו את הבריא. הדבר משתנה ממשפחה למשפחה, ולכן יש צורך באיסוף נתונים לגבי הפולימורפיזם של האתר הזה אצל הקרובים. התאמת הפולימורפיזם לתמונה הקלינית (חולה, נשא, בריא) תקבע באותה משפחה את ההפלוטיפ (Haplotype), שנמצא בפאזה עם האלל החולה. בחלק מסוים מהמשפחות, נשאי המחלה אינם הטרוזיגוטים (Heterozygote) לסמן [כלומר הסמן בשני הגדילים אצלם זהה - לא אנפורמטיבים (Informative)] ולכן לא ניתן להתחקות אחרי הגדיל הנושא את הפגם בעזרת סמן זה, ויש לנסות סמן נוסף הקיים לידו; כמות הסמנים כה גדולה, שאין מגבלה מבחינה זו.

במחלות שבהן עדיין לא ידוע רצף הגן הגורם לפגם או שקביעת הרצף קשה ומייגעת, ניתן אפוא להשתמש בסמן פולימורפי הסמוך לגן החולה. השיטה משמשת לזיהוי הפרעות, כמו Neurofibromatosis‏, Marfan syndrome‏, Retinoblastoma ועוד. בשל פשטותה, קל יותר להשתמש בשיטה זו מאשר לעשות Sequencing של גן ארוך לאיתור המוטציה. לכן במחלות שבהן הגן ארוך והמוטציות אינן קבועות, במשפחות שיש בהן כבר ילד חולה משתמשים בבדיקת התאחיזה הגנטית - למשל ב-Hemophilia, ב-Neurofibromatosis, ב-Marfan, ב-Retinoblastoma ועוד. כדי להימנע מטעות הנובעת מרקומבינציה (Recombination) בין הסמן הפולימורפי ובין הגן עצמו, בודקים מספר סמנים מעל ומתחת לגן האחראי למחלה.

Linkage disequilibrium

מדובר במקטעים פולימורפים סגוליים הנמצאים כה קרוב לגן, עד שלא עברו מעולם רקומבינציה מאותו רגע שחלה המוטציה המקורית, ולכן הם אופייניים למחלה הנבדקת, הנובעת מאותה מוטציה. התכונה נובעת משינוי בסיס מסוים בגן האחראי למחלה, כלומר היא קיימת במחלות שבהן יש מוטציה אחת (או בודדות) אצל כל (או לפחות רוב) החולים. כך, למשל, תואר קשר בין מקטע פולימורפי ספציפי בכרומוזום p16 שבצפון אפריקאים, הקשור (וקרוב) לגן, ל-FMF‏ (Familial Mediterranean Fever), ובאופן דומה גם תאחיזה מסוג זה שימשה בעבר לאבחנה בדיסאוטונומיה משפחתית (Familial dysautonomia) ביהודים אשכנזים בטרם נמצא הגן והפגם האופייני אצלן. בשתי מחלות אלה, לדוגמה, ניתן לזהות נשאי גן למחלה באלה החולים בה, אם בודקים קיום של פנוטיפים (Phenotypes) ספציפיים באזור הגן במשפחות ממוצא אתני מתאים.

עם פיצוח הקוד המלא של גנום האדם, כפי שמקווים לעשות תוך השנים הקרובות, יהיה ניתן לבדוק קיום של כל מחלה ברמת ה-DNA על ידי קביעת רצף הבסיסים של הגן ואיתור מוטציה. מוטציה זו יכולה אז להיבדק ישירות בכל בני המשפחה, במטרה לזהות את נשאי הגן החולה ולמנוע הולדת ילדים החולים במחלות קשות. כך אכן קרה במחלות FMF ודיסאוטונומיה משפחתית. היום קל יותר לבדוק את המוטציה עצמה במקום את הסמנים סביבה.

ביבליוגרפיה

• Buyse ML. Birth Defects Encyclopedia. Center of Birth Defects Information Services, Inc.
• Emery AE, Rimoin DL. Principles and Practice of Medical Genetics. Churchill Livingstone,
• Harper PS. Practical Genetic Counseling.. Butterworth-Heinemann Ltd.
• Jones KL. Smith's Recognizable Patterns of Human Malformation. W.B. Saunders Comp. Philadelphia.

מקורות נוספים

אנציקלופדיה גנופדיה - למידע המיועד לציבור הרחב: אנציקלופדיה גנטית לייעוץ גנטי, מחלות גנטיות ובדיקות גנטיות בשפה העברית ובצורה המתאימה גם למידע עבור המשפחות

המידע שבדף זה נכתב על ידי פרופ' מוטי שוחט