Приложение 5

Диагностика зиготности

Диагностика зиготности с помощью систем генетического полиморфизма. Очевидно, что между МЗ близнецами не должно быть никаких различий по полу или какому-либо иному генетическому маркеру. Следовательно, если исключить лабораторные ошибки, любое различие между близнецами по генетическим маркерам (группам крови, белкам сыворотки или изоферментам) доказывает их дизиготность. С другой стороны, ДЗ близнецы, даже если различия между ними очевидны, могут оказаться идентичными по какому-либо маркеру чисто случайно, что легко показать, когда родительские генотипы известны. Например, отец близнецов может иметь группу крови М, а мать - MN. Тогда ДЗ близнецы с вероятностью 1/4 будут совпадать по группе крови М, с вероятностью 1/4 - по MN или иметь генотипы М, MN с вероятностью 1/2. Итак, можно ожидать, что в половине случаев ДЗ близнецы окажутся идентичными по группам крови, а в другой половине случаев их группы крови будут разными. Тестируя дополнительные генетические маркеры, можно увеличить вероятность того, что ДЗ пара будет различаться по крайней мере по одному из них. Исходя из этого и используя математический принцип условных вероятностей, предложенный Байесом еще в 1793 году, можно вычислить "обратную" вероятность для конкордантных близнецов быть дизиготными, этот принцип оказывается полезным не только для диагностики зиготности близнецов, но и при медико-генетическом консультировании (приложение 8) [881].

Байесовский принцип условных вероятностей. Рассмотрим одну близнецовую пару, для которой нужно определить вероятность монозиготности или дизиготности. Точнее, наш вопрос заключается в следующем: какая доля всех близнецовых пар с одинаковой комбинацией генетических маркеров у самих близнецов и их родителей будет дизиготной? Или иначе: если предположить, что все близнецовые пары монозиготные, то как часто это предположение будет ошибочным? Общая формула Байеса имеет вид

где А₁ и В - разные события, а А₂ обозначает событие "не А₁".

В нашем случае P(A₁/B) может быть вероятностью монозиготности среди всех близнецовых пар с идентичными группами крови. Тогда 1 - P(A₁/B) - вероятность близнецовой паре быть дизиготной или вероятность ошибки, когда близнецовая пара классифицирована как монозиготная. Р(А₁) - априорная вероятность МЗ близнецов среди всех близнецов в популяции. Это около 30% в европейских популяциях. Р(А₂) - априорная вероятность близнецовой паре быть дизиготной. Р(А₂) = 1 - Р(А₁) = 0,7. Уравнение П.5.1 можно упростить

Здесь Q - отношение ДЗ/МЗ в популяции (если 30% всех близнецовых пар это МЗ, то Q = 2,33). L - отношение условных вероятностей ДЗ и МЗ близнецов оказаться идентичными по данйой комбинации генетических маркеров. Его значение можно вычислить путем перемножения L_i для различных маркерных систем

Пример. В табл. П.5.1 и П.5.2 представлен пример. Просматривая список генетических маркеров, можно убедиться, что некоторые из них неинформативны: родители и дети оказываются генетически идентичными (IGHG(Gm), IGHG(Km), HP, AK). Для большинства других маркеров типы брака и, следовательно, ожидаемые сегрегационные отношения среди детей очевидны. Например, в системе GC отец гомозиготен 2-2, мать гетерозиготна 2-1, поэтому ожидаемое сегрегационное отношение среди детей составляет 1:1. Если близнец 1 имеет тип 2-1 и близнецы дизиготные, то вероятность для близнеца 2 быть 2-1 также составляет 0,50. Для групп крови АВ0 положение не столь очевидно, поскольку отец (с фенотипом А₂) может иметь генотипы А₂А₂ или А20. Если он А₂А₂, то оба близнеца должны иметь фенотип А₂, даже если они дизиготные. Если он А₂0, то вероятность, что второй близнец тоже А₂, равна 0,50. Иногда можно установить генотип родителя, например, если у другого ребенка группа крови 0. В остальном систему групп крови АВ0 можно считать неинформативной и не рассматривать. Два возможных генотипа следует ожидать в пропорции р₂:2r, где р₂ и r - частоты аллелей А₂ и 0 в популяции. Тогда условная вероятность, что близнец имеет генотип А₂, может быть получена так

Таблица П.5.1. Пример диагностики зиготности

Таблица П.5.2. Расчеты по данным таблицы П.5.1

¹ (Условная вероятность того, что фенотип второго близнеца совпадает с фенотипом первого, если фенотип первого близнеца задан.)

Однако это распределение генотипов является смещенным из-за исключения тех, кто однозначно идентифицирован на основании генотипа другого ребенка, имеющего группу крови 0. Для других систем крови вычисление производится следующим образом (уравнение П.5.З.):

Следовательно, вероятность того, что близнецовая пара дизиготна, несмотря на ее конкордантность по всем информативным маркерным системам, крайне низка. Для всех практических целей предполагается монозиготность. Включение в анализ дополнительных менделевских маркеров повысит вероятность утверждения, что близнецовая пара монозиготна. Особенно эффективно для диагностики зиготности использование HLA-маркеров из-за огромной вариабельности этой системы. Заметим, что в нашем примере знаменатели в уравнении П.5.3 всегда были равны 1, т. е. МЗ близнецы всегда идентичны по всем своим маркерам. В принципе метод допускает также включение количественных признаков, по которым МЗ близнецы могут различаться, но в среднем более сходны, чем ДЗ близнецы. В этом случае знаменатель в уравнении П.5.3 отличается от 1. Однако на практике такое расширение метода имеет небольшое значение.

Генотипы родителей могут быть неизвестны. В описанном выше примере генетические маркеры были известны не только в близнецовой паре, но и у родителей. Однако во многих случаях нет возможности обследовать родителей. При таких обстоятельствах для вычисления можно использовать известные генные частоты маркерных систем в популяции. Правила были сформулированы Смитом и Пенроузом (1955) [881]. Условная вероятность P_i,ДЗ того, что близнец 2 имеет тот же фенотип, что и близнец 1, если фенотип последнего i, вычисляется из частот типов брака в популяции (табл. П.5.3) и из относительного количества детей с разными генотипами, ожидаемого в этих браках (табл. П.5.4 и П.5.5). В табл. П.5.6-П.5.21 приведены значения для P_i,ДЗ и обычно используемых полиморфных генетических систем. Эти генные частоты взяты главным образом из данных для популяций Северо-Восточной Европы.

Таблица П.5.3. Таблица случайных браков для системы двух аллелей [881]

Таблица П.5.4. Частоты сибс-сибс для системы двух аллелей [882]

Таблица П.5.5. Относительные шансы в пользу дизиготности близнецовых пар в системе двух аллелей [882]

Таблица П.5.6. Система АВ0 (3459 лиц из Англии [211])

Таблица П.5.7. Система MNSs (1419 лиц из Англии [211])

Таблица П.5.8. Система Резус (Rh): фенотипы обозначены по реакциям с антисыворотками С + W^w, с, D, E, C^w, e (2000 лиц из Англии)

Таблица П.5.9. Система Р (2345 лиц из Швеции)

Таблица П.5.10. Система Келл (Kell) (1108 лиц из Англии [211])

Таблица П.5.11. Система Даффи (Duffy) (1944 лиц из Англии)

Таблица П.5.12. Система Кидд (Kidd) (4275 лиц со всего света)

Таблица П.5.13. Система Лютеран (Lutheran) (1373 лиц из Англии)

Таблица П.5.14. Секреторы и несекреторы (1118 лиц из Ливерпуля)

Таблица П.5.15. Система Нр

Таблица П.5.16. Система GC (678 лиц из ФРГ)

Таблица П.5.17. Система IGHG (Gm) (1234 лиц из ФРГ)

Таблица П.5.18. Система IGKC (Km) (1234 лиц из ФРГ)

Таблица П.5.19. Система АК (108 лиц из ФРГ)

Таблица П.5.20. Система ACP1 (528 лиц из ФРГ)

Таблица П.5.21. Система PGM1 (68 лиц из ФРГ)

Методы классической антропологии. Еще до того, как были открыты широко известные ныне системы генетического полиморфизма, для диагностики зиготности использовался довольно надежный метод, предложенный в 1924 г. Сименсом. Он основан на сравнении большого числа антропоскопических признаков; среди них цвет, форма и плотность волос, черты лица, детальная структура ряда лицевых областей (глаза, брови, цвет и структура радужной оболочки), детали области носа и рта, подбородок, уши, форма кистей и стоп, дерматоглифика, цвет и структура кожи (включая веснушки). Полезны также различные антропометрические характеристики тела, головы и лица. В антропологической литературе имеется список информативных признаков. На практике исследователь основывает свой диагноз не столько на сравнении отдельных черт, сколько на целостном облике ("гештальте"). Результаты, полученные с помощью антропологических и серологических методов, оказались идентичными [893].

Однако это не означает, что диагностика зиготности, основанная на анализе физических признаков, всегда проста. В силу разных жизненных условий МЗ близнецы иногда могут выглядеть столь разными, что непрофессионал не смог бы увидеть в них даже сибсов, и только тщательное антропологическое обследование идентифицирует их как монозигот. С другой стороны, ДЗ близнецы, подобно другим сибсам, иногда могут быть очень похожими. На рис. П.5.1-П.5.5 можно увидеть сходство, а в некоторых случаях различия, найденные у МЗ близнецов.

Рис. П.5.1. Трое МЗ близнецов (анфас и профиль) в возрасте 10 лет

Рис. П.5.2. Физиономические детали трех МЗ близнецов с рис. П.5.1

Рис. П.5.3. Физиономические детали трех МЗ близнецов с рис. П.5.1

Рис. П.5.4. МЗ близнецы в возрасте 10 лет. Дискордантность по росту (по карликовости): низкорослый близнец, рожденный вторым, никогда не умел ходить и говорить. У него обнаружено неспецифированное прогредиентное нарушение скелета. Он умер вскоре после обследования. У его брата-близнеца нормальный рост, но наблюдается билатеральное расщепление радужной оболочки глаз, которое отсутствует у близнеца-карлика [687]

Рис. П.5.5. ДЗ близнецы в возрасте 19 лет. Следует отметить заметное внешнее сходство

Как мы поступаем на практике? Из предшествующего обсуждения может показаться, что исследование генетических маркерных систем является наиболее подходящим, а также достаточным методом для надежной диагностики зиготности. Однако этот вывод нуждается в некоторых пояснениях. Ошибка в определении только одной системы только у одного из двух близнецов приведет к ошибочной классификации МЗ пары как дизиготной, поэтому исследователь должен проверить вывод своими глазами. Если, несмотря на дискордантность, по маркерной системе при физиономическом сравнении близнецы кажутся монозиготными, необходимо настоять на повторном серологическом обследовании. Помимо возможности лабораторных ошибок изучение серологических и ферментативных систем имеет и два других недостатка: оно стоит больших денег и предполагает наличие специально оборудованной лаборатории. Антропологическое сравнение близнецов можно провести очень быстро, и, кроме того, оно намного дешевле. В связи с этим исследователи, занимающиеся близнецами, должны обязательно наладить сотрудничество с антропологами. Они научат однозначно классифицировать большинство близнецовых пар. Обычно считают, что если близнецов можно перепутать по внешнему виду, то с большой долей вероятности они МЗ. В этом случае необходимо серологическое обследование. Такой подход целесообразен, особенно при обследовании больших близнецовых выборок в несколько сот пар. Антропологический диагноз требует большого опыта и поэтому более субъективен. Серологический диагноз, наоборот, более объективен, но всегда возможны лабораторные ошибки.

В идеале близнецовое обследование должно всегда включать описание плаценты и плодных оболочек: ДЗ близнецы чаще всего имеют две плаценты, два амниона и два хориона, тогда как МЗ близнецы могут иметь одну плаценту, один хорион и даже один амнион. Как уже упоминалось в разд. 3.8.4, наличие только одного хориона может быть важным свидетельством монозиготности близнецов. Однако на практике редко имеется надежная информация об этом, и, кроме того, плацента ДЗ близнецов может слиться воедино, имитируя тем самым МЗ близнецов. Включение таких данных в диагностику зиготности может приводить к ошибочным выводам.