Genetické mutácie a choroby

Genetické mutácie a choroby: úvod do problematiky

Genetická mutácia je trvalá zmena DNA sekvencie, ktorá môže meniť funkciu génu a tým ovplyvniť bunku, tkanivo, organizmus či populáciu. Niektoré mutácie sú neutrálne, iné prospešné (napr. zvyšujú odolnosť voči infekciám) a ďalšie škodlivé – práve tie stoja za vznikom mnohých dedičných aj nádorových ochorení. Rozsah vplyvu mutácie závisí od jej typu, miesta v genóme, času vzniku (zárodočná vs. somatická línia), ale aj od genetického pozadia a prostredia jedinca.

Molekulárny základ: ako mutácie menia informáciu v DNA

DNA je nositeľom genetickej informácie kódovanej poradím nukleotidov (A, T, C, G). Prepis (transkripcia) a preklad (translácia) tejto informácie do proteínov sú vysoko regulované procesy. Mutácie môžu:

meniť aminokyselinovú sekvenciu proteínu (missense, nonsense, frameshift),
ovplyvniť expresiu génu (mutácie promótorov, enhancerov, UTR oblastí),
narušiť zostrih pre-mRNA (splice-site mutácie),
zmeniť počet kópií génu (copy-number variants, CNV),
presúvať alebo strácať väčšie úseky chrómomómov (delecie, duplikácie, translokácie, inverzie),
rozširovať repetície (trinukleotidové expanzie) a tým spôsobiť toxické RNA/proteínové efekty,
modulovať epigenetiku (metylácia DNA, modifikácie histónov), čím sa mení aktivita génov bez zmeny sekvencie.

Klasifikácia mutácií podľa rozsahu a povahy

Bodové mutácie: výmena (transition/transversion) jedného nukleotidu.
Indely: krátke inzercie alebo delecie, často spôsobujú posun čítacieho rámca.
Copy-number variants (CNV): zisk/strata desiatok až miliónov báz; môžu meniť dávku génov.
Štrukturálne chromozómové prestavby: translokácie, inverzie, veľké delecie/duplikácie.
Aneuploidie: zmena počtu celých chromozómov (napr. trizómie).
Mitochondriálne mutácie: v kruhovej mtDNA; prejavujú sa variabilne podľa heteroplazmie a energetických nárokov tkanív.

Germline vs. somatické mutácie

Zárodočné (germline) mutácie sú prítomné vo všetkých bunkách od narodenia a môžu sa dediť. Somatické vznikajú počas života v konkrétnom tkanive; typicky sú podkladom nádorových ochorení a nie sú dedené (s výnimkou mozaicizmu v zárodočnej línii).

Mechanizmy vzniku mutácií

Chyby replikácie a nedostatočná oprava DNA (mismatch repair, base excision repair, homologická rekombinácia).
Endogénne poškodenia: oxidačný stres, deaminácia, spontánna hydrolýza.
Exogénne faktory: UV žiarenie, ionizujúce žiarenie, chemické mutagény, niektoré vírusy.
Transpozóny a iné mobilné elementy, ktoré sa vkladajú do genómu.

Funkčné dôsledky: strata a zisk funkcie, dominanta-negativita

Loss-of-function (LoF): proteín nefunguje alebo sa nevyrába (haploinsuficiencia pri dominantnej forme).
Gain-of-function (GoF): nová alebo zvýšená funkcia proteínu (často dominantné).
Dominantne negatívny efekt: mutovaný proteín ruší funkciu normálneho (napr. pri tvorbe multimerov).

Dedičnosť, penetrancia a expresivita

Genetické choroby môžu byť autozómovo dominantné, autozómovo recesívne, viazané na X chromozóm alebo mitochondriálne. Penetrancia vyjadruje pravdepodobnosť, že nosič mutácie prejaví príznaky; expresivita popisuje závažnosť a variabilitu prejavu. Dôležitú úlohu majú aj mozaicizmus, genomický imprinting a uniparentálna dizómia.

Konkrétne príklady dedičných ochorení a súvisiacich mutácií

Cystická fibróza (CFTR), autozómovo recesívna: poruchy transportu chloridov; typicky varianta p.Phe508del; moderná liečba zahŕňa modulátory CFTR pre vybrané genotypy.
Duchennova svalová dystrofia (DMD), viazaná na X: rámcové delecie v géne DMD; progresívna svalová slabosť.
Fenylketonúria (PAH), autozómovo recesívna: porucha metabolizmu fenylalanínu; diétny a liekový manažment zabraňuje neurotoxickým dôsledkom.
Huntingtonova choroba (HTT), autozómovo dominantná: expanzia CAG; neskorý nástup, chorea a kognitívny úbytok; anticipácia.
Sickle-cell choroba (HBB), autozómovo recesívna: missense p.Glu6Val; hemolýza, bolestivé krízy; niektoré génové a bunkové terapie cielia reaktiváciu fetálneho hemoglobínu.
Talasémie (HBA/HBB): znížená tvorba globínových reťazcov; spektrum od nosičstva po ťažké formy.
Hereditárny karcinóm prsníka/ovária (BRCA1/2), autozómovo dominantný predispozičný syndróm: LoF varianty zvyšujú riziko; preventívny manažment a cielená liečba (PARP inhibítory) pri nádore s defektom opravy DNA.
Achondroplázia (FGFR3), autozómovo dominantná (často de novo): GoF varianta p.Gly380Arg; porucha endochondrálnej osifikácie.
Hemofília A (F8), viazaná na X: veľké inverzie/varianty; deficit faktora VIII vedie k krvácivosti; substitučná a profylaktická liečba, moderné biologiká.
Fragile X syndróm (FMR1), expanzia CGG a metylácia promótora; intelektové postihnutie, autistické črty.
Chromozómové aneuploidie: Downov syndróm (trizómia 21), Turnerov syndróm (45,X), Klinefelterov syndróm (47,XXY); klinické spektrum podľa dotknutých génov a dávky.
Mitochondriálne ochorenia (napr. MELAS, LHON): variabilný fenotyp v závislosti od heteroplazmie a energetických nárokov tkanív.

Polygénne a multifaktoriálne choroby

Mnohé rozšírené ochorenia (diabetes 2. typu, ischemická choroba srdca, schizofrénia) vznikajú interakciou desiatok až stoviek genetických variantov malého účinku a prostredia. GWAS štúdie mapujú asociované lokusy a polygenické rizikové skóre (PRS) zhŕňa genetické riziká naprieč genómom. Klinické využitie PRS si vyžaduje dôraz na populácie, kalibráciu a etické otázky.

Genetika nádorov: somatické mutácie, onkogény a tumor-supresory

Nádorový vývoj vedie akumulácia somatických mutácií, ktoré podporujú proliferáciu (onkogény; GoF) alebo vypínajú brzdy bunkového cyklu a opravy DNA (tumor-supresorové gény; LoF). Príklady: TP53, KRAS, EGFR, BRCA1/2 (defekt opravy dvojvláknových zlomenín), APC (polypóza). Precízna onkológia využíva genomické profilovanie nádoru na výber cielenej liečby (napr. inhibítory tyrozínkináz, PARP inhibítory, imunoterapia pri vysokej mutačnej záťaži/MSI-H).

Diagnostika: od karyotypu po sekvenovanie celého exómu

Karyotyp a FISH: detegujú veľké chromozómové zmeny a aneuploidie.
Chromozómové microarray (aCGH/SNP-array): odhaľujú CNV a mikrodelečné/duplikačné syndrómy.
MLPA: citlivá detekcia delecií/duplikácií konkrétnych exónov/génov.
PCR/Sanger: cielené potvrdenie variantu alebo analýza malých génov.
NGS panely: súbory génov pre konkrétne diagnózy (kardiomyopatie, epilepsie, onkogenetika).
Exómové (WES) a genómové (WGS) sekvenovanie: riešia heterogénne, zriedkavé a nejasné prípady; umožňujú objaviť nové gény.
RNA-seq a analýzy zostrihu/exprimácie: odhaľujú splice-defekty a funkčné dôsledky.
Prenatálne testovanie: skríning NIPT (voľná fetálna DNA), invazívna diagnostika (CVS, amniocentéza) s karyotypom/NGS podľa indikácie.
Preimplantačná genetická diagnostika (PGT): výber embryí bez konkrétnej mutácie pri známej rodinnej záťaži.

Interpretácia variantov: od nálezu k klinike

Varianty sa klasifikujú podľa medzinárodných odporúčaní (napr. ACMG/AMP) do kategórií: patogénny, pravdepodobne patogénny, variant nejasného významu (VUS), pravdepodobne benígny a benígny. Zohľadňuje sa bioinformatická predikcia, populačná frekvencia, funkčné dáta, ko-segregácia v rodine a literatúra. Klinický význam sa môže časom meniť s pribúdajúcimi dôkazmi.

Terapeutické prístupy: od symptomatiky k génovej a RNA terapii

Štandardná starostlivosť: symptomatická liečba, rehabilitácia, nutričná podpora, prevencia komplikácií.
Cielené malé molekuly: napr. modulátory CFTR pri cystickej fibróze vybraných genotypov.
Substitučná terapia: enzýmové náhrady pri lyzozomálnych chorobách; koagulačné faktory pri hemofílii.
RNA-terapie: antisense oligonukleotidy (exon-skipping pri DMD; modifikácia zostrihu pri SMA), siRNA.
Génové terapie: dodanie funkčnej kópie génu (AAV/lenitivírusové vektory) – schválené pre vybrané diagnózy (napr. niektoré vrodené retinopatie, SMA); ich vhodnosť závisí od tkaniva, veľkosti génu a imunity.
Genómové editovanie: CRISPR/Cas9, base/prime editing sú vo vývoji alebo skorom klinickom využití pri niektorých hemoglobinopatiách a ďalších indikáciách; vyžadujú dôkladné hodnotenie bezpečnosti a off-target efektov.
Precízna onkológia: liečba cielená na genetické zmeny nádoru (EGFR, ALK, BRAF, NTRK fúzie, BRCA-deficientné nádory) a imunoterapia podľa biomarkerov (MSI-H, TMB).

Genetické poradenstvo, prevencia a etika

Genetické poradenstvo poskytuje informácie o povahe ochorenia, riziku recidívy, možnostiach testovania a reprodukčných voľbách. Kľúčové etické témy zahŕňajú informovaný súhlas, súkromie, sekundárne nálezy, testovanie detí pre dospelé-onset riziká, prístup k drahým terapiám a spravodlivé zastúpenie populácií vo výskume a databázach.

Budúce trendy a smerovanie výskumu

Rozšírené WGS s vyšším pokrytím, analýzou repetitívnych oblastí a štrukturálnych variantov.
Jednobunkové a priestorové omiky pre mapovanie mozaicizmu a tkanivovo špecifických efektov.
Bezpečnejšie editovanie genómu (base/prime editory, presné doručovanie) a imunomodulácia pri génových terapiách.
Funkčná genómika (CRISPR skríningy, organoidy, modely odvodené od pacienta) na validáciu VUS a hľadanie nových cieľov.
Integrácia PRS s klinickými a environmentálnymi dátami do personalizovanej prevencie.

Praktické odporúčania pre klinickú prax

Pri podozrení na monogénne ochorenie zvážte panelové NGS alebo WES/WGS s následným potvrdením Sanger/MLPA.
U zistených patogénnych variantov ponúknite rodinné testovanie a genetické poradenstvo.
Pri nádorovej liečbe využite molekulové profilovanie tumoru a klinické odporúčania pre cielené terapie.
V prenatálnej starostlivosti kombinujte skríning (biochemický, NIPT) s diagnostikou podľa rizika a preferencií rodičov.
Priebežne re-interpretujte VUS s rastúcou evidenciou a aktualizujte nálezy s pacientom.

Glosár vybraných pojmov

Penetrancia: pravdepodobnosť, že nosič variantu prejaví fenotyp.
Expresivita: variabilita závažnosti/projevu fenotypu u nosičov rovnakého variantu.
Haploinsuficiencia: jedna funkčná alela nestačí na normálnu funkciu.
Dominantne negatívny efekt: mutovaný proteín ruší funkciu normálneho.
Heteroplazmia: podiel mutovanej mtDNA v bunke/tkanive.
Anticipácia: ťažší/časnejší priebeh v nasledujúcich generáciách (často pri expanziách repetícií).
VUS: variant nejasného klinického významu.

Mutácie sú prirodzenou súčasťou dynamiky genómu. Kým väčšina nemá výrazný efekt, podmnožina mení funkciu génov a spôsobuje choroby – od zriedkavých monogénnych porúch až po komplexné multifaktoriálne ochorenia a nádory. Moderná diagnostika a terapeutika, vrátane RNA a génových terapií, zásadne menia prognózu vybraných diagnóz. Kľúčom k ich zodpovednému využitiu je kvalitná interpretácia variantov, genetické poradenstvo, interdisciplinárna spolupráca a etická citlivosť voči pacientom a rodinám.