background image

1

Patterns of Genetic Transmission                                                      

Mendelian Inheritance 

There  are  3  classic  forms  of  genetic  inheritance:  autosomal  dominant,autosomal 
recessive, 
and X-linked. These remain the foundation of single-gene inheritance. 

 
Autosomal Dominant Inheritance 

- Autosomal dominant inheritance is determined by the presence of 1 abnormal gene 
on 1 of the autosomes (chromosomes 1-22).  
- Autosomal genes exist in pairs, with each parent contributing 1 copy. 
- In an autosomal dominant trait, a change in 1 of the paired genes has an effect on 
the phenotype.  
- The disorder is transmitted in a vertical (parent-to-child) pattern and can appear in 
multiple generations.  
- An affected individual has a 50% (1 in 2) chance of passing on the deleterious gene 
in each pregnancy and, therefore, of having a child affected by the disorder. This is 
referred to as the recurrence risk for the disorder. 
- Unaffected individuals (family members who do not manifest the trait) do not pass 
the disorder to their children. 
- Males and females are equally affected. 
-  Although  parent-to-child  transmission  is  a  characteristic  of  autosomal  dominant 
inheritance,  for  many  patients  with  an  autosomal  dominant  disorder  there  is  no 
history of an affected family member. There are several possible reasons: 
 1. New mutation.  
2. Incomplete penetrance, meaning that not all individuals who carry the mutation 
have phenotypic manifestations.  
3. Variable expression: Individuals with the same autosomal dominant mutation can 
manifest the disorder to different degrees. 
4. Somatic mutations: Some spontaneous genetic mutations occur not in the egg or 
sperm that forms a child, but rather in a cell in the developing embryo. 
5 .Germ-line mosaicism: the mutation occurs in cells that populate the germline that 
produce eggs or sperm. 
Examples 

of 

AD 

disease

achondroplasia, 

hereditary 

spherocytosis, 

neurofibromatosis, Marfan syndrome, and osteogenesis imperfecta. 
 

 
Autosomal Recessive Inheritance 

-Horizontal transmission, the observation of multiple affected members of a kindred 
in the same generation, but no affected family members in other generations. 
- Recurrence risk of 25% for parents with a previous affected child. 
- Males and females being equally affected. 
- The affected individual should be homozygous for the affected gene. 
- If both parents are heterozygous the chance of having affected child is 25%. 


background image

2

-  If  the  affected  person  married  from  normal  person,  all  the  children  will  be 
heterozygous. 
- If affected person married from a heterozygous person the children will be: - 

•  50% affected. It is called Pseudodominant inheritance, which refers 

to the observation of apparent dominant (parent to child) transmission 
of  a  known  AR  disorder.  It  is  most  likely  to  occur  for  relatively 
common traits, such as sickle cell anemia. 

•  50% heterozygous (carrier). 

Examples  of  AR  disease:    Sickle  cell  disease,  PKU,  Tay-sachs  disease,  Cystic 
Fibrosis,  Hurler  Disease,  Werdnig-Hoffmann  Disease,  and  Alkaptonuria,  Albinism, 
and Congenital adrenal hyperplasia. 

 

X-Linked Recessive Inheritance 

Males are more commonly and more severely affected than 

females. 

Female carriers are generally unaffected, or if affected, they are 

affected more mildly than males. 

Female carriers have a 25% risk for having an affected son, a 25% 

risk for a carrier daughter, and a 50% chance of having a child that 
does not inherit the mutated X-linked gene. 

Affected males have carrier daughters and unaffected sons because 

they pass their X chromosome to all of their daughters and their 
Y chromosome to all of their sons. Male-to-male transmission 
excludes X-linkage but is seen with autosomal dominant and 
Y-linked inheritance. 

A female occasionally exhibits signs of an X-linked trait similarly to 

a male. This occurs rarely owing to: 
-homozygosity for an X-linked trait. 
- the presence of a sex chromosome abnormality (45X0). 
- nonrandom X-inactivation.  
X chromosome inactivation occurs early in development and involves random and 
irreversible inactivation of most genes on one X chromosome in female cells.  
Examples  of  X-linked  recessive  diseases:  Hemophilia  A  and  B,  Lesch  Nyhan 
Syndrome, Hunter`s syndrome,+ D.M.D., G6PD, and Color-blindness. 
 
X-Linked Dominant Inheritance: 
+
 Female carriers typically manifest abnormal findings. 
+An affected man will have only affected daughters and unaffected sons. 
+ Half of the offspring of an affected woman will be affected. 
+ Some X-linked dominant conditions are lethal in a high percentage

 

of males.  


background image

3

+ The pedigree shows only affected females and an overall ratio 
of 2 : 1 females to males with an increased number of miscarriages. 
Examples of X-linked dominant diseases: Incontinentia pigmenti, and vit.D resistant 
rickets. 
 

Y-Linked Inheritance 

# This demonstrates only male-to-male transmission. 
# Only males are affected. 
#  Most Y-linked genes are related to male sex determination  and reproduction and 
are associated with infertility. Therefore, it is rare to see familial transmission of a Y-
linked  disorder.  Example  of  YLD:Leri-Weil  dyschondrosteosis,a  rare  skeletal 
dysplasia that involves bilateral bowing of the forearms with dislocations of the ulna 
at the wrist and generalized short stature. 
 
Multifactorial and Polygenic Inheritance 
Multifactorial inheritance refers to traits that are caused by a combination 
of inherited and environmental factors. 
Characteristics include the following: 

There is a similar rate of recurrence among all 1st-degree relatives 

(parents, siblings, offspring of the affected child). 

The risk of recurrence is related to the incidence of the disease. 

Some disorders have a sex predilection, as indicated by an unequal 

male  :  female  incidence.  Pyloric  stenosis,  for  example,  is  more  common  in  males, 
whereas congenital dislocation of the hips is more common in females. Where there 
is  an  altered  sex  ratio,  the  risk  is  higher  for  the  relatives  of  an  index  case  whose 
gender  is  less  commonly  affected  than  relatives  of  an  index  case  of  the  more 
commonly  affected  gender.  For  example,  the  risk  to  the  son  of  an  affected  female 
with infantile pyloric stenosis is 18%, compared with the 5% risk for the son of an 
affected male.  

The likelihood that both identical twins will be affected with the 

same malformation is less than 100% but much greater than the 
chance that both members of a nonidentical twin pair will be 
affected.  

The risk of recurrence is increased when multiple family members are affected. A 

simple example is that the risk of recurrence for unilateral cleft lip and palate is 4% 
for a couple with 1 affected child and increases to 9% with 2 affected children.  

The  risk  of  recurrence  may  be  greater  when  the  disorder  is  more  severe.  For 

example, an infant who has long-segment Hirschsprungdisease has a greater chance 
of  having  an  affected  sibling  than  the  infant  who  has  short-segment  Hirschsprung 
disease. 
Examples include pyloric stenosis, neural tube defects, congenital heart 
defects, diabetes, and cleft lip and cleft palate.  


background image

4

Cytogenetics

Clinical  cytogenetics  is  the  study  of  chromosomes:  their  structure,  function, 
inheritance, and abnormalities.  
The specific indications for  this study include: 
 1.Advanced maternal age (>35 yr)  
 2.Multiple abnormalities on fetal ultrasound(prenatal testing),  
 3.Multiple congenital anomalies,  
 4.Unexplained  growth  restriction  in  the  fetus  or  postnatal  problems  in  growth  and 
development, 
 5.Ambiguous genitalia, 
 6.Unexplained  intellectual  disability  with  or  without  associated  anatomic 
abnormalities, 
 7.Primary amenorrhea or infertility, 
 8.Recurrent miscarriages (≥3) or prior history of stillbirths and neonatal deaths, 
 9.A  1st-degree  relative  with  a  known  or  suspected  structural  chromosome 
abnormality,  
10.Clinical  findings  consistent  with  a  known  anomaly,  some  malignancies,  and 
chromosome breakage syndromes (e.g.Fanconi anemia). 
 
Abnormalities of Chromosomal Number 
 A haploid cell (n) has 23 chromosomes (typically in the ovum or sperm). If a cell’s 
chromosomes  are  an  exact  multiple  of  23  (46,  69,  92  in  humans),  those  cells  are 
referred to as euploid
Polyploidcells are euploid cells with more than the normal diploid number of 46 (2n) 
chromosomes: 3n, 4n. Polyploid conceptions are usually not viable, but the presence 
of mosaicism with a karyotypically normal line can allow survival. 
 Abnormal cells that do not contain a multiple of haploid number of chromosomes are 
termed aneuploidcells.  
The  most  common  cause  of  aneuploidy  is  nondisjunction,  thefailure  of 
chromosomes to disjoin normally during meiosis resulting in amonosomic or trisomic 
zygote. 
Trisomy is characterized by the presence of 3 chromosomes, instead of the normal 2, 
of any particular chromosome. Trisomy is the most common form of aneuploidy and 
can  occur  in  all  cells  or  it  may  be  mosaic(the  presence  of  2 or  more  cell  lines  in  a 
single  individual).  Most  individuals  with  trisomy  exhibit  a  consistent  and  specific 
phenotype  depending  on  the  chromosome  involved.  The  occurrence  of  trisomy  21 
and other trisomies increases with advanced maternal age (≥35 yr).  
Down Syndrome 
The  incidence  of  Down  syndrome  in  live  births  is  approximately  1  in  733;  the 
incidence at conception is more than twice that rate; the difference is accounted by 
early pregnancy losses.  
The risk of having a child with trisomy 21 is highest in women who 
conceive at >35 yr of age. Even though younger women have a lower 


background image

5

risk, they represent half of all mothers with babies with Down syndrome 
because of their higher overall birth rate. All women should be 
offered screening for Down syndrome in their 2nd trimester by means 
of 4 maternal serum tests (free β-human chorionic gonadotropin 
[β-hCG],  unconjugated  estriol,  inhibin,  andα-fetoprotein).  This  is  known  as  the 
quad screenit can detect up to 80% of Down syndrome pregnancies compared to 
70% in the triple screen. In approximately 95% of the cases of Down syndrome there 
are 3copies of chromosome 21. 
 

v

  95% of cases are due to non-disjunction (the supernumerary chromosome 21 

is maternal in 97% of the cases). The incidence of this syndrome increased 
with  maternal  age  from  (1/750)  of  birth  in  those  30  years  old  to  (1/365)  in 
those >35 years, (1/100) in those 40 years old and (1/50) those >45 years. 

v

  1% due to mosiacism. 

v

  4%  due  to  translocation  involving  chromosome  21.  The  majority  of 

translocations  in  Down  syndrome  are  fusions  at  the  centromere  between 
chromosomes  13,  14,  15,  21,  and  22.  Half  of  translocated  cases  were 
inherited from translocated carrier parent. Those parents produce three types 
of viable children  

o  Normal child phenotypically and karyotypically.  
o  Child phenotypically normal but translocation carrier.  
o  Child  with  Down  syndrome  who  can  not  be  differentiated 

phenotypically from those resulted from non-disjunction.  

So  chromosomal  study  must  be  done  on  every  case  of  Down  syndrome.  If  a 
translocation  is  identified,  parental  studies  must  be  done.  The  recurrence  risk  for 
normal women <40 years old is 1%. If the mother is translocation carrier, the risk will 
be 10%. If the father is translocation carrier, the risk will be 3-5%. If the translocation 
is between (21, 21), the risk will be 100%. 
 
Clinical features 
Central  nervous  system:  
Hypotonia,  developmental  delay,  poor  moro  reflex, 
seizures. 
Craniofacial:  
Brachycephaly  with  flat  occiput,  flat  face,  upward  slanted  palpebral 
fissures,  epicanthal  folds,  speckled  irises  (brushfield  spots),  nystagmus,  strabismus, 
glaucoma, congenital or acquired cataract, three fontanelsdelayed fontanel closure
frontal  sinus  and  midfacial  hypoplasia,  mild  microcephaly,  short  hard  palate,  small 
nose, flat nasal bridgeprotruding tongue, open mouthsmall dysplastic ears. 
Cardiovascular(50%):  
Endocardial cushing defects(most characteristic)ventricular 
septal  defect(most  common),  atrial  septal  defect,  patent  ductus  arteriosus,  aberrant 
subclavian arterypulmonary hypertension 
MusculoskeletaL:  
Joint  hyperflexibility,  short  neck,  redundant  skin,  short 
metacarpals and phalangesshort 5th digit with clinodactylysingle transverse palmar 


background image

6

creasewide gap between 1st and 2nd toespelvic dysplasiashort sternumtwo sternal 
manubrium ossification centers, slipped capital femoral epiphyses
Gastrointestinal:  
Duodenal  atresia,annular  pancreas,tracheoesophageal  fistula
hirschsprung diseaseimperforate anusneonatal cholestasis
Cutaneous: 
Cutis marmorata
Up to 15% of children with Down syndromehave misalignment of cervical vertebra 
C1,  which  places  them  at  riskfor  spinal  cord  injury  with  neck  hyperextension  or 
extreme flexion. 
Developmental  delay  is  universal,  social  development  is  relatively  spared,  but 
children  with  Down  syndrome  have  considerable  difficulty  using  expressive 
language.  Patient  with  Down  syndrome  had  increased  risk  for  hypothyrodism, 
diabetes mellitus, obesity, AML, ALL, problems with hearing and vision, Alzheimer 
disease, celiac disease, delayed tooth eruption, obstructive sleep apnea, and frequent 
infections  (sinusitis,  nasopharyngitis,  pneumonia).    Most  males  are  sterile;  some 
females  have  been  able  to  reproduce  with  50%  chance  of  having  trisomy  21 
pregnancies. Most adults with Down syndrome are able to perform activities of daily 
living.  However,  most  adults  with  Down  syndrome  have  difficulty  with  complex 
financial,  legal,  or  medical  decisions.  The  life  expectancy  is  approximately  50-55 
years. 
 

 

A, Face of a child with Down syndrome.                                                   Foot of a 1 
mo child with Down syndrome 
B, Karyotype of a male with trisomy 21. 
 
 
Trisomy 18 (Edwards syndrome) 
Incidence: 
1/6000 
Head  and  Face:small  and  premature  appearance,  tight  palpebral  fissures,  narrow 
nose  and  hypoplastic  nasal  alae,  narrow  bifrontal  diameter,  prominent  occiput, 
micrognathia, cleft lip or palate, microcephaly. 
Chest:congenital heart disease (e.g., VSD, PDA, ASD), short sternum, small nipples. 
Extrimities:limited hip abduction, clinodactyly and overlapping fingers; index over 
3rd, 5th over 4th;closed fist, rocker-bottom feet, hypoplastic nails. 
General: severe developmental delays and prenatal and postnatal growth restriction, 
premature birth, polyhydramnios, inguinal or abdominal hernias, only 5% live >1 yr. 


background image

7

 

Overlapping of fingers and hypoplastic nailsRocker-botton feet 
 

 

Male infant with trisomy 18 

 
Trisomy 13 (Patau syndrome) 
Incidence: 
1/10000 
Head  and  Face:  scalp  defects  (e.g.,  cutis  aplasia),  microphthalmia,  corneal 
abnormalities,  cleft  lip  and  palate  in  60%-80%  of  cases,  microcephaly, 
microphthalmia,  sloping  forehead,  holoprosencephaly,  capillary  hemangiomas, 
malformed ears, deafness. 
Chest:congenital  heart  disease  (e.g.,  VSD,  PDA,  and  ASD)  in  80%  of  cases,  thin 
posterior ribs (missing ribs). 
Extrimities:overlapping of fingers and toes (clinodactyly), polydactyly, hypoplastic 
nails, hyperconvex nails. 
General:severe developmental delays and prenatal and postnatal growth, restriction, 
renal abnormalities, arely lethality in most cases, with a median survival of 7 days; 
91% die by 1 year, only 5% live >6 mo. 

 

Facial appearance of a child with trisomy 13 
 


background image

8

Sex Chromosomes Anomalies
Sex  chromosome  abnormalities  are  the  most  common  chromosome  abnormalities 
seen in live born infants, children, and adults. Sex chromosome abnormalities can be 
either  structural  or  numerical  and  can  be  present  in  all  cells  or  in  a  mosaic  form. 
Those  affected  with  these  abnormalities  might  have  few  or  no  physical  or 
developmental problems. 
 

 Turner syndrome (45,X): 

The incidence is 1/5000 of live born females.  
Cytogenic  aspects:  Turner  syndrome  is  a  condition  characterized  by  complete  or 
partial monosomy of the X chromosome. 50% of patients have (45,X)and others are 
mosiasicim  (45X/46XX,  45X/46XY,  45X/46X,rX).  In  75%  of  patients,  the  lost  sex 
chromosome is of paternal origin (whether an X or a Y).  
Maternal  age  is  not  a  predisposing  factor.  45,X  is  one  of  the  chromosome 
abnormalities  most  often  associated  with  spontaneous  abortion  (95-99%  of  45,X 
conceptions are miscarried). 
Clinical features: The phenotype is female.  
 Findings in the newborns can include small size for gestational age, webbing of the 
neck (redundant nuchal skin), protruding ears, and lymphedema of the hands and feet, 
although many newborns are phenotypically normal.  
   Older  children  and  adults  have  short  stature  (cardinal  finding  in  all  girls)  and 
exhibit  variable  dysmorphic  features  (increased  carrying  angle  of  elbow  (cubitus 
valgus),  scoliosis,  broad  chest  with  widely  spaced  nipples  (shield  chest),  low 
posterior hairline, webbed neck).  
   There is gonadal dysgenesis (infertility, primary amenorrhea, lack of secondary sex 
characters).  Congenital  heart  defects  occur  in  40%  (bicuspid  aortic  valve,  aortic 
stenosis,  coarctation  of  aorta,  mitral  valve  prolapse  ),  renal  malformation  in  60% 
(pelvic  kidney,  hoarseshoe  kidney,  double  collecting  system,  complete  absence  of 
one  kidney,  and  ureteropelvic  junction  obstruction),  recurrent  otitis  media, 
sensorineural  hearing  loss.  Most  patients  tend  to  be  of  normal  intelligence  but 
learning disabilities (motor and visuospatial skills) is seen in 70%. Mental retardation 
is seen in 6% of affected children (45,X/46,X,r(X); the ring chromosome is unable to 
undergo inactivation and leads to 2 functional X chromosomes) . 
   Females  with  45,X/46,XY  mosaicism  have  a  15-30%  risk  of  developing 
gonadoblastoma.  There  is  increased  incidence  of  acquired  hypothyroidism,  type  2 
diabetes mellitus, inflammatory bowel disease, and celiac disease.   
Treatment:  

1.  Short stature: rhGH alone or in combination with anabolic steroid to increase 

heigh velocity. 

2.  Lack of secondary sex characters: Replacement with estrogen at 12-13 years. 
3.  If  Y  chromosome  material  is  identified,  laparoscopic  gonadectomy  is 

recommended.. 

4.  Infertility: Ovum donation and in vitro fertilization.  


background image

9

5.  Psychosocial support. 

 
Noonan syndrome shares many clinical features with Turner syndrome, although 
it is an autosomal dominant disorder. Features common to Noonan syndrome include 
short stature, low posterior hairline, shield chest, congenital heart disease, and a short 
or webbed neck. Noonan syndrome has a different pattern of congenital heart disease 
typically involving right-sided lesions (left-sided lesion in turner syndrome). 

 

A,  Redundant  nuchal  skin.  B,  Puffiness  of  the  hands.  C,  Puffiness  of  the  feet    (in 
Turner syndrome) 

 Klinefelter syndrome (males with more than 1 X chromosome):  

The incidence is 1/575-1000 live born males. 
Cytogenic  aspects:  80%  of  children  with  Klinefelter  syndrome  have  a  male 
karyotype with an extra chromosome X (47,XXY); the remaining 20% have multiple 
sex  chromosome  aneuploidies  (48,XXXY;  49,XXXXY),  or  mosaicism 
(46,XY/47,XXY). The extra X chromosome is maternal in origin in 54% and paternal 
in origin in 46% of patients. 
Clinical  features:  
Phenotypically  is  male  with  tall  stature  and  have  a  specific 
tendency  to  have  long  legs  (out  of  proportion  to  the  arms).  Patients  develop 
secondary  sex  characters  late  and  have  sparser  facial  hair,  50%  develop 
gynecomastia. Usually had azospermia, small testes and phallus and infertile (patients 
with  46,XY/47,XXY  have  a  better  prognosis  for  testicular  function).  Sperm  counts 
are higher in early puberty and decline with age. Their intelligence shows variability 
and ranges from above to below average (The greater the aneuploidy, the more severe 
the mental impairment and dysmorphism. Each additional X chromosome reduces the 
IQ  by  10-15  points,  when  comparing  these  persons  with  their  normal  siblings.). 
Patient can show behavioral or psychiatric disorders.  
Treatment:
 

1.  Delayed  secondary  sexual  characteristics:  Replacement  therapy  with  long 

acting testosterone (enanthate ester), should be started at (11-12) years of age.  

2.  Gynecomastia:  

•  Medical treatment: may be treated with aromatase inhibitors (which will also 

increase endogenous testosterone levels).  

•  Surgical  treatment:  indicate  if:  breast  development  is  excessive  causing 

significant psychologic distress or fails to regress in 18-24 mo after therapy.  


background image

10

3.  Infertility:  Adults  can  father  children  using  testicular  sperm  extraction  (TSE) 

followed  by  intracytoplasmic  sperm  injection.  Because  sperm  counts  actually 
decrease with time, sperm banking is an option for older adolescents. 

4.  Learning  difficulties  and  psychosocial  disabilities:  counseling  and  psychiatric 

services should be provided as needed. 

 
 
 
 
 
 
 
 
 




رفعت المحاضرة من قبل: Ahmed monther Aljial
المشاهدات: لقد قام 8 أعضاء و 161 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل