Pathoch7 Genetic Disorders

Chapter 7: Genetic and Congenital Disorders  1    Congenital defects: birth defects; abnormalities of body structures, function, and  metabolism present at birth  I.  Genetic and Chromosomal Disorders  A. Genetic Disorder  discrete event that affects gene expression in a group of  cells related to each other by gene linkage  1. Caused by changes in (DNA) sequence that alters the synthesis of a single  gene product  2. Some caused by chromosomal rearrangements that result in deletion,  duplication of a group of closely linked genes, abnormal number of  chromosomes from mistakes during meiosis or mitosis  3. Inherited as autosomal dominant disorders, in which each child has a  50% chance of inheriting the disorder, or as autosomal recessive  disorders, in which each child has a 25% chance of being affected, a 50%  chance of being a carrier, and a 25% chance of being unaffected  4. Can involve a single‐gene trait, multifactorial inheritance, a chromosomal  abnormality, or a mitochondrial gene disorder. The disorder may be  inherited as a family trait or arise as a sporadic case due to a new  mutation  B. Sex‐linked disorders almost always are associated with the X chromosome  and are predominantly recessive  C. Chromosomal Abnormalities  1. Structural  a. Chromosome breakage  b. Fragile sites  c. Deletion  d. Crossing over  e. Inversion  f. Duplication  g. Translocation  2. Abnormal numbers  a. Polyploidy  b. Aneuploidy  II.  Causes of Birth Defects  A. Genetic factors  1. Single‐gene disorders  a. Caused by a defective or mutant  allele at a single gene locus and  follow mendelian patterns of  inheritance  b. Obtained through a family  genetic history  c. Please see “Some Disorders of Mendelian or Single‐Gene Inheritance  and Their Significance” Table   

   

 

Eina Jane & Co. 2009. 

   

Chapter 7: Genetic and Congenital Disorders  2   

2. Multifactorial Inheritance  a. Caused by multiple genes and, in many cases, environmental factors  b. Multifactorial traits cannot be predicted with same degree of accuracy  as mendelian single‐gene mutations  B. Environmental factors (fetal development)  1. Maternal disease  2. Infections  3. Drugs taken during pregnancy  ETOH, radiation, etc  C. Intrauterine factors (rare)  1. Fetal crowding  2. Positioning  3. Entanglement of fetal parts with the amnion  III.  Polyploidy  A. Cell has more than diploid number  1. Triploidy: zygote having 3 copies of each chromosome  69  2. Tetraploidy: four copies of each  92  B. Both triploid and tetraploid fetuses do NOT survive  miscarriage   IV.  Aneuploidy  A. Somatic cell that does not contain a multiple of 23 chromosomes  B. Trisomy: cell containing 3 copies of one chromosome  C. Monosomy: cell containing one copy of any chromosome  D. Trisomy 21  Down Syndrome  1. 1:800 live births  2. Mentally retarded, low nasal bridge, epicanthal folds, protruding tongue,  poor muscle tone  3. Risk increases with maternal age  usually >35yo, doubles over 40 

   

 

Eina Jane & Co. 2009. 

   

Chapter 7: Genetic and Congenital Disorders  3   

4.   5. Screening tests  a. Most commonly used are blood tests that measure maternal serum  levels of α‐fetoprotein, human chorionic gonadotropin (hCG),  unconjugated estriol, inhibin A, and pregnancy‐associated plasma  protein A  b. Results of three or four of these tests, together with the woman's age,  often are used to determine the probability of a pregnant woman  having a child with Down syndrome  c. Fetal nuchal translucency (sonolucent space on the back of the fetal  neck), uses ultrasonography and can be performed between 10 and  13 weeks' gestation  fetus with Down syndrome tends to have a  greater area of translucency compared with a chromosomally normal  infant. The nuchal transparency test is usually used in combination  with other screening tests  d. Only way to accurately determine the presence of Down syndrome in  the fetus is through chromosome analysis using chorionic villus  sampling, amniocentesis, or percutaneous umbilical blood sampling  E. Trisomy X  XXX  1. Female that has three X chromosomes  2. Termed “metafemales”  3. Variable symptoms: sterility, menstrual irregularity, and/or mental  retardation  4. Symptoms worsen with each additional X  more X, worse the symptoms     

   

 

Eina Jane & Co. 2009. 

   

Chapter 7: Genetic and Congenital Disorders  4   

F. Polosomy X  Klinefelter Syndrome  1. At least XXY  2. Male appearance  a. Develop female‐like breasts   gynecomastia  b. Small testes  c. Sparse body hair  d. Long limbs  e. Abnormalities will increase with each X  3. Management  a. Androgen therapy is usually initiated  when there is evidence of a testosterone  deficit  12‐14yo  b. Because gynecomastia predisposes to  breast cancer, breast self‐examination  should be encouraged for men with  Klinefelter syndrome  c. If sperm are present, cryopreservation  may be useful for future family planning   genetic counseling of the increased  risk of autosomal and sex chromosomal  abnormalities  G. Turner Syndrome  1. Females with one X  45, X/0 karyotype  2. Absence of ovaries  no menstruations, no secondary sex characteristics  a. Short stature (~4’7”), normal body proportions  b. Webbing of neck  c. Nonpitting lymphedema of hands and feet  d. Congenital heart defects  coarctation of aorta, bicuspid aortic valve  e. Abnormal kidney development  f. Underdeveloped breasts; wide nipples  g. X is usually inherited from mother 

   

 

Eina Jane & Co. 2009. 

   

Chapter 7: Genetic and Congenital Disorders  5   

h.   3. Management  a. Starts childhood, ongoing assessment and treatment  b. Growth hormone therapy is now standard treatment and can result in  a gain of 6 to 10 cm in final height  c. Estrogen therapy  age of puberty  develop and maintain  secondary sexual characteristics  d. Increased morbidity  cardiovascular disease and gastrointestinal,  renal, and various endocrine disorders, reduced bone mass  V.  Multifactorial Inheritance Disorders  A. Caused by multiple genes and, environmental factors  B. Exact # of genes contributing to multifactorial traits  unknown  C. Multifactorial traits cannot be predicted with same degree of accuracy as  mendelian single‐gene mutations  D. Disorders can be expressed during fetal life and be present at birth, or they  may be expressed later in life  E. Examples of Multifactorial Inheritance Disorders  1. Cleft lip or palate: most common birth defect 

   

 

Eina Jane & Co. 2009. 

   

Chapter 7: Genetic and Congenital Disorders  6   

a. Require years of special treatment by medical and dental specialists,  speech therapist, nurses  b. Infants with cleft palate  problems sucking and feeding  soft  artificial nipples with large openings and a squeezable bottle  2. Clubfoot  3. Congenital dislocation of the hip  4. Congenital heart disease  5. Pyloric stenosis  6. Urinary tract malformation  F. Environmental factors are thought to play a greater role in disorders of  multifactorial inheritance that develop in adult life, such as coronary artery  disease, diabetes mellitus, hypertension, cancer, and common psychiatric  disorders such as bipolar disorder and schizophrenia  VI.  Results of Chromosomal Disorders  A. Reproductive wastage  early gestational miscarriage  B. Congenital malformations  C. Mental retardation  D. Linked to more than 60 identifiable syndromes present in birth  VII.  Environmental Influences Causing Disorders  A. After conception, development is influenced by the environmental factors  that the embryo shares with the mother  B. Physiologic status of the mother: hormone balance, her general state of  health, her nutritional status, and the drugs she takes  influences the  development of the unborn child  C. Period of vulnerability  during organogenesis (period when differentiation  and development of the organs are taking place)  15 to day 60 after  conception  D. Environmental influences during the first 2 weeks after fertilization may  interfere with implantation  abortion  E. Teratogenic agents: chemical, physical, or biologic agents that produce  abnormalities during embryonic or fetal development  cause birth defects  in three ways  1. Direct exposure of the pregnant woman and the embryo or fetus  2. Through exposure of the soon‐to‐be‐pregnant woman to an agent that  has a slow clearance rate such that a teratogenic dose is retained during  early pregnancy  3. Result of mutagenic effects of an environmental agent that occur before  pregnancy, causing permanent damage to a woman's (or a man's)  reproductive cells  4. Agents  a. Radiation  microcephaly, skeletal malformations, and mental  retardation  b. Chemicals and drugs  cross placenta  i. Fetal alcohol syndrome  physical, behavioral, and cognitive  abnormalities resulting from maternal alcohol consumption 

   

 

Eina Jane & Co. 2009. 

   

Chapter 7: Genetic and Congenital Disorders  7   

ii.

Criteria for defining FAS  o Prenatal or postnatal growth retardation  weight or length  below the 10th percentile  o Central nervous system involvement   Neurologic abnormalities   Developmental delays   Behavioral dysfunction   Intellectual impairment   Skull and brain malformation  o Characteristic face   Short palpebral fissures (eye openings)   Thin upper lip   Elongate, flattened midface and philtrum 

o   iii. Cocaine babies  o Decrease in uteroplacental blood flow  o Maternal hypertension  o Stimulation of uterine contraction  o Fetal vasoconstrction  iv. Folic acid deficiency  o Development of neural tube defects  anencephaly, spina  bifida, encephalocele  o Increase folic acid before conception and continue during 1st  trimester of pregnancy reduced neural tube defects  c. Infectious agents  i. TORCH  growth retardation and abnormalities of the brain  (microcephaly, hydrocephalus), eye, ear, liver, hematopoietic 

   

 

Eina Jane & Co. 2009. 

   

Chapter 7: Genetic and Congenital Disorders  8   

VIII.  A. B. C. D.

E. F. G.

system (anemia, thrombocytopenia), lungs (pneumonitis), and  heart (myocarditis, congenital heart disorders  o Toxoplasmosis  eating raw or inadequately cooked meat or  food that has come in contact with infected meat  house cat  can be carrier in feces  pregnant women do NOT clean out  litter box  o Other  o Rubella  German measles  major preventable cause of  hearing impairment, blindness, and adverse  neurodevelopmental outcome  o Cytomegalovirus  o Herpes  ii. Varicella‐zoster virus infection  iii. Listeriosis  iv. Leptospirosis  v. Epstein‐Barr virus infection  vi. Tuberculosis  vii. Syphilis  viii. HIV  ix. Human parvovirus (B19)  5. Other Medications During Pregnancy  a. Possibly cytotoxic (cell‐killing), antimetabolic, or growth‐inhibiting  activities  b. Vitamin A derivatives  c. Folic Acid deficiency  Prenatal Diagnosis  Provides parents with information needed to make informed choice about  having child with an abnormality  Provides reassurance and reduces anxiety among high‐risk groups  Allows parents at risk to begin pregnancy with assurance that the presence  of a disorder can be confirmed with testing  Prenatal screening cannot be used to rule out all possible fetal abnormalities.  It is limited to determining whether the fetus has (or probably has)  designated conditions indicated by late maternal age, family history, or well‐ defined risk factors  Termination of pregnancy if indicated = rare  Can provide the information needed for prescribing prenatal treatment for  the fetus  Methods used for Fetal Diagnosis  1. Maternal blood screening  2. Ultrasonography  3. Amniocentesis  withdrawal of a sample of amniotic fluid from the  pregnant uterus using either a transabdominal or transcervical approach  a. Useful in women >35yo: increased risk of giving birth to an infant  with Down syndrome; in parents who have another child with 

   

 

Eina Jane & Co. 2009. 

   

Chapter 7: Genetic and Congenital Disorders  9   

4. 5.

6. 7.

chromosomal abnormalities; and in situations in which a parent is  known to be a carrier of an inherited disease  b. Used with ultrasound to guide needle  c. Performed on an outpatient basis typically at the 15th to 16th week  after the first day of the last menstrual period  d. Risk of pregnancy loss  Chorionic villus sampling  done after 10 weeks of gestation  used for  fetal chromosome studies, DNA analysis, and biochemical studies  Percutaneous umbilical fetal blood sampling  transcutaneous insertion  of a needle through the uterine wall and into the umbilical artery  a. US guided after 16weeks gestation  b. Used for prenatal diagnosis of hemoglobinopathies, coagulation  disorders, metabolic and cytogenetic disorders, and  immunodeficiencies  c. Procedure carries higher risk for pregnancy loss compared to  amniocentesis, reserved as last resort  Fetal biopsy  used to detect certain genetic skin defects that cannot be  diagnosed with DNA analysis  fetoscope under US guidance  Cytogenic and biochemical analyses  used for fetal karyotyping to  determine the chromosomal makeup of the fetus  a. Detects abnormalities of chromosome number and structure  b. Karyotyping also reveals the sex of the fetus 

8.   IX.  Autosomal Dominant Disorders  A. Marfan Syndrome  1. Connective tissue disorder manifested by changes in the skeleton, eyes,  and cardiovascular system  2. Skeletal deformities: long, thin body with exceptionally long extremities  and long, tapering fingers, sometimes called arachnodactyly or spider  fingers; hyperextensible joints; and a variety of spinal deformities,  including kyphosis and scoliosis 

   

 

Eina Jane & Co. 2009. 

   

Chapter 7: Genetic and Congenital Disorders  10   

3. Chest deformities, pectus excavatum (i.e., deeply depressed sternum), or  pigeon chest deformity, often are present and may require surgery  4. Most common eye disorder is bilateral dislocation of the lens due to  weakness of the suspensory ligament  5. Most life‐threatening aspects of the disorder  cardiovascular defects   mitral valve prolapse, progressive dilation of the aortic valve ring, and  weakness of the aorta and other arteries  dissection and rupture of the  aorta may lead to premature death  in women, the risk of aortic  dissection is increased in pregnancy  6. Some go undiagnosed  drop dead from aortic dissection or rupture 

7.   B. Neurofibromatosis (NF)  1. Condition involving benign neurogenic tumors that arise from Schwann  cells and other elements of the peripheral nervous system  2. At least two genetically and clinically distinct forms of the disorder   result from a genetic defect in a tumor suppressor gene that regulates cell  differentiation and growth  a. Type 1 NF (NF‐1)  von Recklinghausen disease  chromosome 17  i. Common disorder, 1 in 3500     

 

Eina Jane & Co. 2009. 

   

Chapter 7: Genetic and Congenital Disorders  11   

ii.

Neurofibromas  o Cutaneous  from a few to many hundreds, manifest as soft,  pedunculated lesions that project from the skin  not  apparent until puberty, and are present in greatest density  over the trunk  o Subcutaneous lesions grow just below the skin; they are firm  and round, and may be painful  o Plexiform neurofibromas involve the larger peripheral nerves   form large tumors that cause severe disfigurement of the  face, overgrowth of an extremity, or skeletal deformities such  as scoliosis 

o   iii. Children with NF‐1 susceptible to neurologic complications   learning disabilities, attention deficit disorders, abnormalities of  speech among affected children  b. Type 2 bilateral acoustic NF (NF‐2)  chromosome 22  i. Characterized by tumors of the acoustic nerve  ii. Asymptomatic through the first 15 years of life  most frequent  symptoms are headaches, hearing loss, tinnitus (ringing in ears),  intracranial and spinal meningiomas  iii. Persons with the disorder should be warned that severe  disorientation may occur during diving or swimming underwater,  and drowning may result  X.  Autosomal‐Recessive Disorders  A. Manifested only when both members of the gene pair are affected  both  parents may be unaffected but are carriers of the defective gene  B. Occurrence risks in each pregnancy are one in four for an affected child, two  in four for a carrier child, and one in four for a normal (noncarrier,  unaffected), homozygous child  C. Phenylketonuria (PKU) 

   

 

Eina Jane & Co. 2009. 

   

Chapter 7: Genetic and Congenital Disorders  12   

1. Rare metabolic disorder that affects approximately 1 in every 15,000  infants in the United States and Canada  2. Inherited as a recessive trait, is caused by a deficiency of the liver enzyme  phenylalanine hydroxylase  toxic levels of the amino acid phenylalanine  accumulate in the blood and other tissues  if untreated, results in  mental retardation, microcephaly, delayed speech, and other signs of  impaired neurologic development  3. Symptoms of untreated PKU develop gradually and would often go  undetected until irreversible mental retardation had occurred, newborn  infants are routinely screened for abnormal levels of serum  phenylalanine  blood samples for PKU screening be obtained at least 12  hours after birth to ensure accuracy  4. Infants with the disorder are treated with a special diet that restricts  phenylalanine intake  started early in neonatal life to prevent brain  damage  5. Women with PKU who wish to have children require careful attention to  their diet, both before conception and during pregnancy, as a means of  controlling their phenylalanine levels  D. Tay‐Sachs Disease  1. Variant of a class of lysosomal storage diseases, known as the  gangliosidoses  failure to break down the GM2 gangliosides of cell  membranes  2. Predominantly Eastern European (Ashkenazi) Jews  1 in 30  3. The GM2 ganglioside accumulates in the lysosomes of all organs, mostly  brain neurons and retina  neurons ballooned with cytoplasmic vacuoles   distended lysosome filled with gangliosides  a. Progressive destruction of neurons within the brain substance,  including the cerebellum, basal ganglia, brain stem, spinal cord, and  autonomic nervous system  b. Involvement of the retina is detected by ophthalmoscopy as a cherry‐ red spot on the macula  4. Infants with Tay‐Sachs disease appear normal at birth but begin to  manifest progressive weakness, muscle flaccidity, and decreased  attentiveness at approximately 6 to 10 months of age  rapid  deterioration of motor and mental function, often development of  generalized seizures  retinal problems leads to blindness  5. No cure  death usually occurs before 4 to 5 years of age   6. Accurate ID for carrier = deficient of lysosomal enzyme hexosaminidase A  

   

 

Eina Jane & Co. 2009.