Genetica sindromului Down

GENETICA SINDROMULUI DOWN

riscul de a avea un copil cu sindrom Down, transmitere ereditara a sindromului Down, diagnosticul prenatal al sindromului Down

NOTIUNI DE GENETICA

Cromozomii reprezinta suportul informatiei genetice carcteristice fiecarui individ. Celulele umane au 46 cromozomi, organizati în 23 perechi. Dintre cei 23 cromozomi pereche, primii 22 sunt asemanatori pentru ambele sexe (fiind denumiti autozomi), iar cea de-a 23-a pereche (cromozomii sexuali) este corespunzatoare sexului: XX pentru sexul feminin si XY pentru sexul masculin. Fiecare dintre cei 2 cromozomi dintr-o pereche poarta aceeasi informatie genetica, în sensul ca aceleasi gene se afla în aceleasi locatii pentru oricare dintre cei 2 cromozomi. Pot exista însa variatii ale genelor (alele) care sa codifice trasaturi fenotipice diferite: spre exemplu informatia genetica pentru culoarea ochilor se afla "codata" la nivelul unei gene; variantele de verde, albastru, caprui sunt alele ale genei respective.

Celulele umane se divid în 2 modalitati: prin mitoza - care consta în dividerea celulei mama în 2 celule fiice care au exact acelasi numar si acelasi tip de cromozomi, sau prin meioza - care are loc la nivelul ovarelor si testiculelor si presupune dividerea unei celule mama în 2 celule fiice care au fiecare câte jumatate din numarul de cromozomi ai celulei mama. Astfel, ovulele si spermatozoizii vor avea fiecare doar câte 23 cromozomi. Celulele somatice sunt celule diploide (au un set complet de 46 cromozomi), pe când celulele sexuale sunt haploide (au un set de 23 cromozomi).

Determinarea numarului si tipului de cromozomi pe baza unor probe sangvine sau unor fragmente de piele se numeste cariotipare, si este o metoda eficienta si exacta de stabilire a anomaliilor cromozomiale.

DE CE APARE SINDROMUL DOWN

Exista 3 mecanisme de aparitie a sindromului Down:

1. nondisjunctia perechii de cromozomi 21 (responsabila de aparitia a 95% din cazuri): în timpul meiozei, fiecare pereche de cromozomi se separa în doua si se distribuie celor 2 celule fiice rezultate în urma diviziunii (evenimentul se numeste disjunctie). Exista situatia în care una dintre perechile de cromozomi nu se separa (nondisjunctie) si în locul unui singur cromozom, celula sexuala rezultata va avea tot o pereche, ca si celula somatica. Astfel, exista posibilitatea în timpul diviziunii meiotice perechea 21 de cromozomi sa nu se separe iar celulele sexuale sa aiba 24 cromozomi (22 autozomi, 1 cromozom sexual si 1 cromozom 21 suplimentar). Un astfel de eveniment apare aleator în ciclul celular, nu este în niciun fel corelat cu ereditatea si apare mai frecvent în ovule (90% din cazuri) decât în spermatozoizi. În momentul fertilizarii, fuziunea între ovulul cu 24 cromozomi (câte 1 copie din fiecare autozom, 1 cromozom sexual - X si 1 copie suplimentara de cromozom 21) si spermatozoidul (câte 1 copie din fiecare autozom, 1 cromozom sexual - X/Y) va da nastere la celule embrionare cu 47 cromozomi (câte 2 copii din fiecare autozom, 2 cromozomi sexuali - XX sau XY si 1 cromozom 21 suplimentar). Harta genetica a viitorului copil va cuprinde 3 cromozomi 21 si un numar total de 47 cromozomi - situatia purtând numele de trisomie 21 (47 XX sau 47 XY). Cauza nondisjunctiei nu este cunoscuta, dar este cu siguranta corelata cu vârsta materna.

2. translocatie robertsoniana (3-4% din cazuri): translocatia reprezinta procesul prin care fragmente dintr-un cromozom se desprind si se alipesc la un alt cromozom. În cazul translocatiei robertsoniene 2 cromozomi se lipesc cap la cap si formeaza un cromozom gigant, astfel încât desi exista 3 copii ale aceluiasi cromozom în celula (cromozomul gigant fiind alcatuit de fapt din 2 cromozomi), numarul total de cromzomi este pastrat. Acest tip de translocatie apare de obicei între cromozomii acrocentrici (13, 14, 15, 21, 22). Exista situatia în care unul dintre parinti este purtator al unei translocatii balansate (exista 2 linii de fragmentare la nivelul a 2 cromozomi diferiti - spre exemplu 21 si 14 - iar fragmentele sunt alipite încrucisat între cei 2 cromzomi fragmentati, dar nu exista material genetic în plus sau în minus) - situatie în parintele purtator al mutatiei nu are manifesta boala - dar are un risc crescut de a avea un copil cu sindrom Down. În astfel de cazuri în care exista un individ cu sindrom Down prin translocatie, trebuie determinat cariotipul atât la parinti, cât si la fratii/surorile acestuia.

3. mozaicism (1% din cazuri): nondisjunctia apare în timpul dezvoltarii embrionare astfel încât o parte dintre celule vor avea material genetic normal (23 cromozomi materni + 23 cromozomi paterni), iar altele anormal (47 cromozomi). Mozaicismul poate fi celular (exista o mixtura de celule de acelasi tip) sau tisular (exista o mixtura între diferitele seturi celulare: spre exemplu celulele sangvine pot avea numar normal de cromozomi iar celulele epiteliale pot avea trisomie 21). Mozaicismul apare în special la nivelul gametogenezei masculine. Nu este corelat cu ereditatea.

GENELE IMPLICATE ÎN PATOGENIA SINDROMULUI DOWN

Cromozomul 21 contine cel mai mic numar de gene dintre toti cromozomii, aproximativ 200-250 gene. Cercetatorii au descoperit ca este necesara triplicarea doar a unei portiuni din cromozomul 21 pentru aparitia sindromului Down - aceasta regiune critica a sindromului Down nu este neaparat una continua, ci mai degraba o asociere de locatii izolate. Prezenta unei copii suplimentare (sau doar a unui fragment suplimentar) de cromozom 21 duce la supraexprimare genelor continute si la aparitia manifestarilor caracteristice sindromului.

Genele presupuse a fi implicate în patogenia sindromului Down sunt:

> superoxid dismutaza (SOD1): supraexpresia ei poate cauza îmbatrânire prematura si scaderea functiei sistemului imun. Exista studii care analizeaza implicarea ei în dementa senila din boala Alzheimer.

> COL6A1: supraexpresia ei poate fi cauza defectelor structurale cardiace.

> ETS2: supraexpresia este considerata responsabila de aparitia anomaliilor scheletice.

> CAF1A: supraexpresia determina anomalii în sinteza ADN.

> CBS (cystathione beta synthase): supraexpresia poate cauza tulburari în metabolism si în repararea ADN-ului

> DYRK: supraexpresia poate fi cauza retardului mental

> CRYA1: supraexpresia poate duce la cataracta

> GART: supraexpresia poate interfera cu sinteza si repararea ADN-ului

> IFNAR: este gena care codifica sinteza interferonului. Supraexpresia poate interfera cu sistemul imun.

> alte gene: APP, GLUR5, S100B, TAM, PFKL.

Manifestarile clinice ale pacientilor cu sindrom Down sunt foarte variate atât datorita diferentei între genele aflate în tripla copie (dezvoltarea fizica si intelectuala variaza, anomaliile cardiace structurale, distiroidiile sau boala celiaca pot fi sau nu prezente), cât si datorita penetrantei variate a alelelor

FACTORI DE RISC

De-a lungul timpului cercetatorii au pus în evidenta mai multi factori asociati cu riscul de dezvoltare a sindromului Down. Unul dintre ei este vârsta mamei:

* Riscul total de a avea un copil cu anomalii cromozomiale (incluzând sindromul Down) este dublu fata de riscul de a avea un copil cu sindrom Down: spre exemplu riscul 1:40 devine 1:20.

Geneticienii au descoperit însa ca si vârsta înaintata a tatalui creste riscul de a avea un copil cu sindrom Down. Astfel, cercetatorii au descoperit ca riscul de sindrom Down este dublu la un tata peste 40 ani care are un copil cu o femeie peste 35 ani, fata de un tata sub 24 ani care are un copil cu o femeie peste 35 ani. În cazul femeilor sub 35 ani, vârsta tatalui nu este corelata cu riscul unui sarcini cu sindrom Down. Pentru femeile peste 40 ani, o crestere cu 50% a riscului de a avea un copil cu sindrom Down este cauzata de vârsta înaintata a tatalui.

Vârsta materna si cea paterna sunt considerate astazi cei mai importanti factori de risc pentru sindromul Down.

Numarul de copii pe care o femeie îi naste este de asemenea considerat ca factor de risc pentru sindromul Down (ca si pentru alte trisomii si alte anomalii cromozomiale). Astfel, începând cu al 5-lea copil, riscul ca aceasta sa aiba o trisomie (trisomia 21 = sindrom Down, trisomia 13 = sindrom Patau sau trisomia 18 = sindrom Edward) este usor crescut.

În ceea ce priveste factorii externi, fumatul si utilizarea contraceptivelor orale au fost dovedite a creste riscul de a naste un copil cu sindrom Down.

DIAGNOSTICUL PRENATAL

Un diagnostic de certitudine pentru anomaliile cromozomiale (inclusiv sindromul Down) se pune prin analizarea celulelor fetale pe baza probelor recoltate prin amniocenteza sau biopsie de vilozitati coriale. Acestea sunt însa metode invazive si nu se pot practica de rutina la fiecare sarcina, de aceea se practica screeningul prin triplul test de sarcina sau cvadriplul test de sarcina.

Triplul test de sarcina presupune dozarea sangvina a a -fetoproteinei (AFP), estriolului si gonadotrofinei corionice umane - hCG. În functie de rezultatele acestor teste, pentru sarcinile cu "risc înalt" se pot efectua si investigatii mai invazive.

Testele de screening au dezavantajul ca pot da atât rezultate fals negative, cât si rezultate fals pozitive. Ele au doar valoare estimativa si prognostica.

Triplul test de sarcina

Este o metoda de screening pentru anomaliile genetice fetale si consta în masurarea concentratiei alfa-fetoproteinei (AFP), a estriolului neconjugat (uE3) si a gonadotrofinei corionice umane (hCG) în sângele matern. Screeningul cvadriplu presupune si dozarea inhibinei A. Toate aceste determinari se fac între saptamânile 15 si 18 de gestatie. Recent, un alt marker, PAPP-A s-a dovedit a fi util si are avantajul de a putea fi dozat mai precoce.

> AFP (alfa-fetoproteina): este sintetizata la nivelul ficatului fetal si la nivelul membranei viteline; o mica parte ajunge în sângele matern. În defectele de tub neural (anencefalie, spina bifida), pielea fatului nefiind intacta, o cantitate mai mare de AFP ajunge în sângele matern. În sindromul Down, nivelul AFP este scazut în sângele matern, probabil datorita dezvoltarii insuficiente a membranei viteline si a fatului.

> estriolul: este un hormon produs de placenta, pe baza unor precursori din ficatul si suprarenalale fatului. Estriolul are nivele scazute în sarcina cu sindrom Down.

> hCG (gonadotrofina corionica umana): este tot un hormon placentar, utilizat si pentru confirmarea prezentei sarcinii. Subunitatea beta este scazuta în cazul unui fat cu sindrom Down.

> Inhibina A: este o proteina secretata de ovar si care inhiba secretia de FSH de catre hipofiza. Nivelele de inhibina A sunt crescute în sângele mamelor care poarta un fat cu sindrom Down.

> PAPP-A (pregnancy-associated plasma protein A - proteina A plasmatica asociata sarcinii): este o metaloproteina secretata la nivelul membranei externe a zigotului. Nivelele scazute ale PAPP-A în primul trimestru de sarcina au valoare orientativa pentru sindromul Down.

Valorile acestor markeri serici trebuie întotdeauna corelate cu vârsta fatului. În mod normal, nivelele de AFP si estriol cresc pe masura cresterii sarcinii, iar cele de hCG scad. Rezultatele triplului test sunt doar orientative, ele fiind baza pe care se poate stabili indicatia unei investigatii invazive - biopsie de vilozitati coriale sau amniocenteza. Screeningul prenatal pentru sindromul Down mai cuprinde si translucenta nucala, ecografia piramidei nazale (recomandate între saptamânile 11-14 de gestatie) si alti markeri ecografici, care pot creste acuratetea diagnosticului pâna la 97%.

Interpretarea rezultatelor triplului test

În cazul unor rezultate normale ale triplului test de screening, riscul de a avea un copil cu sindrom Down scade de 4 ori (spre exemplu pentru o femeie de 25 ani, riscul scade de la 1:1100 la 1:4400, la o femeie de 35 ani de la 1:250 la 1:1000, iar la o femeie de 45 ani de la 1:20 la 1:80). Invers, în cazul unor rezultate anormale care orienteaza catre o sarcina cu sindrom Down, riscul creste de 4 ori (spre exemplu, pentru o femeie de 25 ani, riscul creste de la 1:1100 la 1:275, pentru o femeie de 35 ani de la 1:250 la 1:62, iar pentru o femeie de 45 ani de la 1:20 la 1:5).

Triplul test de screening identifica aproximativ 60-70% (la femeile pâna în 35 ani, respectiv peste 35 ani) dintre sarcinile cu sindrom Down, iar cvadruplul test aproximativ 80%. Cvadruplul test (care este mai fidel decât triplul test) poate oferi între 5-8% rezultate fals pozitive (în sensul ca desi rezultatul este pozitiv pentru sindrom Down, în realitate fatul este sanatos) si 30-40% rezultate fals negative (testul este negativ pentru sindrom Down, dar în realitate fatul are aceasta boala).

În functie de rezultatele triplului test, sarcina este încadrata ca fiind cu "risc redus" (mai mic de 1:250) sau cu "risc înalt" (mai mare de 1:250), astfel încât sa se poata stabili indicatia pentru o procedura mai invaziva. Daca riscul de a avea sindrom Down este sub 1:250, atunci riscul amniocentezei este mai mare si nu se justifica practicarea acesteia, prin urmare sarcina va fi încadrata cu "risc redus".

Amniocenteza

Este o procedura invaziva care consta în recoltarea unei probe de lichid amniotic din uterul matern, prin inserarea unui ac lung prin peretele abdominal, sub ghidaj ecografic. Se preleveaza circa 30 ml de lichid amniotic. Lichidul amniotic contine celule fetale si permite analiza cromozomilor fetali. Rezultatele sunt disponibile în aproximativ 2 saptamâni.

Procedura se efectueaza între saptamânile 14 si 16 de sarcina. Efectele adverse materne constau în crampe abdominale, hemoragie, infectie sau scurgere de lichid amniotic (care poate declansa contractii uterine premature). Amniocenteza creste riscul de pierdere a sarcinii de la 2-3% (cât este normal la aceasta vârsta gestationala) la 2,5-4%. Nu este recomandata înainte de 14 saptamâni de gestatie. Riscul de avort spontan în urma amniocentezei este de 1:250. Indicatia de amniocenteza se adreseaza mamelor peste 35 ani care au rezultate anormale la triplul/cvadruplul test de screening, în cazul parintilor cu boli genetice sau care au avut copii cu boli genetice.

Biopsia de vilozitati coriale (CVS - chorionic villus sampling)

Este tot o procedura invaziva care presupune prelevarea unui fragment din vilozitatile coriale si care poate fi efectuata începând cu saptamânile 8-11 de gestatie. Se poate efectua atât prin inserarea unui ac prin peretele abdominal (similar amniocentezei) sau prin introducerea transvaginala a unui cateter în uter. Riscul de avort spontan dupa procedura este de 1:100.

Biopsia de vilozitati coriale creste riscul de pierdere a sarcinii de la 2-3% pâna la 5%. Se recomanda femeilor peste 35 ani cu teste de screening anomale, celor care au avut un avort spontan de cauza nedeterminata, precum si în familiile cu istoric de boli genetice.

O alta procedura de testare genetica prenatala este recoltarea percutanta de sânge ombilical (PUBS - percutaneous umbilical blood sampling), care are cea mai mare acuratete diagnostica dar si cel mai ridicat risc de avort spontan. Se poate practica începând cu saptamânile 18-22 de sarcina.