Polimorfizm genetyczny - czym jest? Rodzaje i diagnostyka

Obecność polimorfizmów warunkuje występowanie zmienności w materiale genetycznym. Zjawisko to wpływa na występowanie różnorodnych cech fenotypowych w danej populacji. Polimorfizmy występują znacznie częściej niż mutacje i mogą mieć pozytywny wpływ na nasz organizm. W poniższym artykule wyjaśniamy, czym jest polimorfizm genetyczny, określamy różnice między polimorfizmem a mutacją oraz opisujemy w jaki sposób wystąpienie polimorfizmu może wpłynąć na organizm człowieka.

Różnice między polimorfizmem genetycznym a mutacją

Polimorfizm genetyczny, inaczej wielopostaciowość, polega na występowaniu różnic w materiale genetycznym populacji. Dzięki obecności polimorfizmów różnimy się m.in. cechami fenotypowymi. Polimorfizmy możemy podzielić na:

• SNP (ang. Single Nucleotide Polymorphism) – polimorfizm pojedynczego nukleotydu, zmienność sekwencji materiału genetycznego wynika ze zmian pojedynczego nukleotydu. SNP stanowią około 90% całej zmienności ludzkiego materiału genetycznego.
• insercje (wstawienie) i delecje (utrata) jednego nukleotydu w sekwencji DNA,
• zmienności liczby kopii długich sekwencji DNA (CNV – ang. copy number variation).

Należy pamiętać, że mutacja i polimorfizm to nie to samo. Większość występujących mutacji może nie wywoływać widocznego efektu lub działać niekorzystnie na organizm człowieka. Mutacje są przyczyną wielu chorób genetycznych lub zwiększają ryzyko ich wystąpienia u pacjenta. Polimorfizmy występują w populacji znacznie częściej niż mutacje (stanowią około 99% zmian genetycznych) i mogą mieć pozytywny wpływ na organizm.

Najczęstszą przyczyną wystąpienia mutacji jest działanie czynnika mutagennego (część mutacji może powstawać również spontanicznie), natomiast wystąpienie polimorfizmu może wynikać z przystosowywania się organizmu do zmiennych czynników środowiskowych.

Jak polimorfizm genetyczny wpływa na organizm?

Polimorfizmy mogą prowadzić do wystąpienia korzystnych zmian genetycznych lub zwiększać ryzyko wystąpienia określonych jednostek chorobowych. Wystąpienie polimorfizmów genowych warunkuje również zmienność genetyczną w metabolizmie leków, gdzie kluczową rolę odgrywają enzymy układu cytochromu P-450. Obecność polimorfizmów genów, kodujących wymienione enzymy powoduje, że ta sama dawka leku dla jednego człowieka może być optymalna, a dla innego toksyczna.

Diagnostyka polimorfizmu genetycznego

Wykrycie polimorfizmu genetycznego możliwe jest kilkoma metodami molekularnymi np. techniką PCR – łańcuchową reakcją polimerazy (ang. polymerase chain reaction). Metoda ta polega na powielaniu łańcucha DNA. Najczęściej wykorzystywanym materiałem do badania jest krew żylna, z której izolowany jest materiał genetyczny pacjenta. Różne odmiany techniki PCR znalazły zastosowanie w identyfikacji polimorfizmów, określaniu poziomu ekspresji genów i diagnostyce klinicznej.

Polimorfizm a choroby skóry

Występowanie polimorfizmu określonych genów związane jest również ze zwiększonym ryzykiem zachorowania na łuszczycę. Łuszczyca to przewlekła, niezakaźna, zapalna choroba ogólnoustrojowa, charakteryzująca się występowaniem zmian skórnych spowodowanych nadmiernym rogowaceniem naskórka. Choroba ta występuje u około 3% Polaków. Uznaje się, że przyczyną wystąpienia łuszczycy mogą być m.in. czynniki genetyczne (allel HLA-Cw6). Gen HLA-C zlokalizowany jest na chromosomie 6 i koduje białko głównego układu zgodności tkankowej (HLA-C). Białka te warunkują odróżnianie własnych komórek organizmu od komórek obcych.

W organizmie człowieka występuje kilka wariantów białka HLA-C. Za zwiększone ryzyko podatności na łuszczycę odpowiada najprawdopodobniej wariant genetyczny HLA-Cw6. Szacuje się, że odsetek nosicieli allelu HLA-Cw6 wśród osób chorych na łuszczycę może wynosić nawet 67-72%. Przypuszczalnie, u tych pacjentów przyczyną uruchomienia autoimmunologicznego procesu zapalnego jest nieprawidłowa prezentacja limfocytom T niektórych białek występujących w komórkach naskórka, przez co komórki układu odpornościowego rozpoznają je błędnie jako obce.

Wskazaniami do wykonania badania genetycznego określającego obecność HLA-Cw6, predestynującego do wystąpienia łuszczycy są:

• określenie ryzyka wystąpienia łuszczycy u osoby z obciążonym wywiadem rodzinnym (przypadki łuszczycy w rodzinie),
• potwierdzenie diagnozy łuszczycy wysuniętej na podstawie objawów klinicznych,
• różnicowanie łuszczycy stawów od reumatoidalnego zapalenia stawów (RZS),
• różnicowanie łuszczycy typu 1 od typu 3,
• orientacyjne określenie odpowiedzi organizmu pacjenta na leczenie biologiczne.

Polimorfizm a choroby cywilizacyjne

Występowanie polimorfizmów genowych jest również jedną z wielu przyczyn rozwoju otyłości i cukrzycy typu II. Według doniesień naukowych polimorfizm rs9939609 genu FTO, zlokalizowanego na chromosomie 16, może mieć potencjalny związek ze wzrostem zawartości tkanki tłuszczowej w organizmie. Występowanie niekorzystnego wariantu genu może prowadzić do rozwoju otyłości nie tylko u osób dorosłych, ale również u dzieci.

Przyczyną wystąpienia nadmiernej masy ciała mogą być również polimorfizmy genu PPAR γ (PPAR – Peroxisome Proliferator Activated Receptor). PPAR γ to gen receptora aktywowanego przez proliferatory peroksysomów, który jest zlokalizowany na chromosomie 3. Receptor ten odpowiada za prawidłowy metabolizm lipidów, aktywność lipazy lipoproteinowej i różnicowanie się komórek tłuszczowych do mniejszych, wrażliwych na działanie insuliny. Polimorfizmy tego genu –  Pro12Ala i Pro115Gln warunkują przyrost masy ciała, podwyższenie BMI i zaburzenia gospodarki lipidowej organizmu.

Udowodniono również, że polimorfizmy genów kodujących leptynę i receptor leptynowy przyczyniają się do trudności w utracie nadmiernej masy ciała, a zmiany w genie adiponektyny (ADIPOQ) mogą zwiększać ryzyko rozwoju cukrzycy typu II.

Bibiografia:

1. G. Drewa, T. Ferenc, Genetyka medyczna, Podręcznik dla studentów. Wydawnictwo: URBAN & PARTNER, Wrocław 2011.
2. Ogawa K., Okada Y. The current landscape of psoriasis genetics in 2020. J Dermatol Sci. 2020 Jul;99(1): 2-8.
3. J.H. Bradley, D. R. Johnson, B.R. Pober Genetyka medyczna. Wydawnictwo Lekarskie PZWL 2009.
4. Chen L, Tsai TF. HLA-Cw6 and psoriasis. Br J Dermatol. 2018 Apr;178(4): 854-862.