Медицинска генетика. Откриване на de novo мутация в гена за дистрофин и нейното значение за медицинско генетично консултиране при мускулна дистрофия на Дюшен (клинично наблюдение)
Три групи американски учени, независимо една от друга, успяха за първи път да установят връзка между мутациите в определени гени и вероятността детето да развие разстройства от аутистичния спектър. НовотоЙорк Таймс. В допълнение, изследователите откриха научно потвърждение на идентифицираната по-рано пряка връзка между възрастта на родителите, особено на бащите, и риска от развитие на аутизъм при потомството.
И трите групи се фокусираха върху рядката група генетични мутациинаречен "de novo". Тези мутации не се наследяват, а се появяват по време на зачеването. Като генетичен материал са взети кръвни проби от членове на семейството, в които родителите не са аутисти, а децата развиват различни разстройства от аутистичния спектър.
Първата група учени, ръководена от Матю У. Стейт, професор по генетика и детска психиатрия в Йейлския университет, чиято работа беше публикувана на 4 април в списание Nature, анализира наличието на de novo мутации при 200 души, диагностицирани с аутизъм, чиито родители , братята и сестрите не са били аутисти. В резултат на това бяха открити две деца с една и съща мутация в един и същи ген, като нищо друго не ги свързваше освен диагнозата.
„Все едно кога игра на дартсда ударите една и съща точка на целта два пъти със стреличка. Вероятността откритата мутация да е свързана с аутизъм е 99,9999 процента“, цитира изданието Стейт.
Екип, ръководен от Евън Е. Айхлер, професор по генетика във Вашингтонския университет, изследва кръвни проби от 209 семейства с деца аутисти и открива същата мутация в същия ген при едно дете. Освен това бяха идентифицирани две деца с аутизъм от различни семейства, които имаха идентични "de novo" мутации, но в различни гени. Такива съвпадения не са наблюдавани при субекти, които не са аутисти.
Трета група изследователи, ръководени от професор Марк Дж. Дейли от Харвардския университет, откриха няколко случая на de novo мутации в същите три гена при деца с аутизъм. Най-малко една мутация от този тип присъства в генотипа на всеки човек, но, смята Дейли, аутистите средно имат значително повече от тях.
И трите групи изследователи също потвърдиха наблюдаваната преди това връзка между възрастта на родителите и аутизма при децата. Колкото по-възрастни са родителите, особено бащата, толкова по-висок е рискът от de novo мутации. След като анализира 51 мутации, екипът, ръководен от професор Айхлер, установи, че този тип увреждане се среща четири пъти по-често в мъжката ДНК, отколкото в женската. И още повече, ако възрастта на мъжа надвишава 35 години. По този начин учените предполагат, че увреденият бащин генетичен материал, получен от потомството при зачеването, е източникът на онези мутации, които водят до развитието на аутистични разстройства.
Учените са съгласни, че търсенето на начини за предотвратяване на подобно развитие на събитията ще бъде дълго, изследванията на генетичната природа на аутизма тепърва започват. По-специално, екипите на Айхлер и Дейли откриха доказателства, че гени с "de novo" мутации участват в същите биологични процеси. „Но това е само върхът на айсберга", казва професор Айхлер. „Основното е, че всички се съгласихме откъде да започнем."
Шизофренията е едно от най-мистериозните и сложни заболявания, и то в много отношения. Трудно е да се диагностицира - все още няма консенсус дали това заболяване е едно или много подобни едно на друго. Лекува се трудно – сега има само лекарства, които потискат т.нар. положителни симптоми (като делириум), но те не помагат да се върне лицето към пълноценен живот. Шизофренията е трудна за изучаване - никое друго животно освен хората не страда от нея, така че почти няма модели за изучаването ѝ. Шизофренията е много трудна за разбиране от генетична и еволюционна гледна точка – тя е пълна с противоречия, които биолозите все още не могат да разрешат. Добрата новина обаче е, че в последните годиниНай-после нещата като че ли се помръднаха от земята. Вече говорихме за историята на откриването на шизофренията и първите резултати от нейното изследване чрез неврофизиологични методи. Този път ще говорим за това как учените търсят генетични причинипоява на заболяването.
Важността на тази работа дори не е, че почти всеки стотен човек на планетата страда от шизофрения, а напредъкът в тази област трябва поне радикално да опрости диагнозата, дори ако създадем добро лекарствоняма да работи веднага. Важност генетични изследванияв това, че те вече променят нашето разбиране за основните механизми на наследяване на сложни черти. Ако учените все пак успеят да разберат как такова нещо може да се „крие“ в нашата ДНК комплексно заболяванеподобно на шизофренията, това би означавало радикален пробив в разбирането на организацията на генома. И значението на такава работа ще надхвърли клиничната психиатрия.
Първо, малко сурови факти. Шизофренията е тежко, хронично, инвалидизиращо психично заболяване, което обикновено засяга хора в млада възраст. Засяга около 50 милиона души по света (малко под 1% от населението). Заболяването е придружено от апатия, липса на воля, често халюцинации, делириум, дезорганизация на мисленето и речта, двигателни нарушения. Симптомите обикновено причиняват социална изолация и намалена работоспособност. Повишеният риск от самоубийство при пациенти с шизофрения, както и съпътстващи соматични заболявания, водят до факта, че общата продължителност на живота им намалява с 10-15 години. В допълнение, пациентите с шизофрения имат по-малко деца: мъжете имат средно 75 процента, жените - 50 процента.
Последният половин век е време на бърз напредък в много области на медицината, но този прогрес почти не е засегнал превенцията и лечението на шизофренията. Не в последен завойтова се дължи на факта, че все още нямаме ясна представа за какъв вид нарушение биологични процесие причината за заболяването. Тази липса на разбиране означава, че от въвеждането на първото антипсихотично лекарство хлорпромазин (търговско наименование: Aminazine) на пазара преди повече от 60 години, не е имало качествена промяна в лечението на заболяването. Всички понастоящем одобрени антипсихотици за лечение на шизофрения (както типични, включително хлорпромазин, така и атипични) имат същия основен механизъм на действие: те намаляват активността на допаминовите рецептори, което елиминира халюцинациите и заблудите, но, за съжаление, има малък ефект върху негативните симптоми като апатия, липса на воля, мисловни разстройства и др. Дори не споменаваме странични ефекти. Често срещано разочарование в изследванията на шизофренията е, че фармацевтичните компании отдавна намаляват финансирането за антипсихотици, въпреки факта, че общ бройклиничните изпитвания само растат. Надеждата за изясняване на причините за шизофренията обаче дойде от доста неочаквана посока - тя се свързва с безпрецедентен напредък в молекулярната генетика.
Колективна отговорност
Още първите изследователи на шизофренията са забелязали, че рискът от заболяване е тясно свързан с наличието на болни роднини. Опитите да се установи механизмът на наследяване на шизофренията бяха направени почти веднага след преоткриването на законите на Мендел, в самото начало на 20 век. Въпреки това, за разлика от много други заболявания, шизофренията не искаше да се впише в рамката на простите модели на Мендел. Въпреки високата наследственост, не беше възможно да се свърже с един или повече гени, поради което до средата на века така наречените "синтези" започнаха да стават все по-популярни. психогенни теории за развитието на болестта. В съгласие с психоанализата, която беше изключително популярна в средата на века, тези теории обясняваха очевидната наследственост на шизофренията не от генетиката, а от характеристиките на възпитанието и нездравословната атмосфера в семейството. Имаше дори такова нещо като "шизофреногенни родители".
Тази теория обаче, въпреки популярността си, не продължи дълго. Последната точка на въпроса дали шизофренията е наследствено заболяване беше поставена от психогенетични изследвания, проведени още през 60-70-те години. Това са предимно проучвания на близнаци, както и проучвания на осиновени деца. Същността на изследванията на близнаци е да се сравнят вероятностите за проява на някакъв признак - в този случай развитието на болестта - при еднояйчни и разнояйчни близнаци. Тъй като разликата в ефекта на околната среда върху близнаците не зависи от това дали те са еднояйчни или разнояйчни, разликите в тези вероятности трябва да идват главно от факта, че еднояйчните близнаци са генетично идентични, докато разнояйчните близнаци имат средно само половината общите варианти на гените.
При шизофренията се оказа, че конкордантът на еднояйчните близнаци е повече от 3 пъти по-висок от конкорданта на разнояйчните: за първите е приблизително 50 процента, а за вторите - под 15 процента. Тези думи трябва да се разбират по следния начин: ако имате идентичен брат близнак, страдащ от шизофрения, тогава вие самите ще се разболеете с вероятност от 50 процента. Ако вие и вашият брат сте разнояйчни близнаци, тогава рискът да се разболеете е не повече от 15 процента. Теоретичните изчисления, които допълнително отчитат разпространението на шизофренията сред населението, оценяват приноса на наследствеността за развитието на болестта на ниво от 70-80 процента. За сравнение, височината и индексът на телесната маса се наследяват почти по същия начин - черти, които винаги са били считани за тясно свързани с генетиката. Между другото, както се оказа по-късно, същата висока наследственост е характерна за три от четирите други основни психични заболявания: разстройство с дефицит на вниманието и хиперактивност, биполярно разстройство и аутизъм.
Резултатите от проучванията на близнаци са напълно потвърдени при изследване на деца, родени от пациенти с шизофрения и осиновени в ранна детска възраст от здрави осиновители. Оказа се, че при тях рискът от развитие на шизофрения не е намален в сравнение с децата, отглеждани от своите шизофреници, което ясно показва ключовата роля на гените в етиологията.
И тук стигаме до една от най-мистериозните черти на шизофренията. Факт е, че ако е толкова силно унаследено и в същото време има много негативен ефект върху адаптивността на носителя (припомнете си, че пациентите с шизофрения оставят поне половината от потомството здрави хора), тогава как успява да се задържи в популацията поне ? Това противоречие, около което в много отношения се води основната борба между различните теории, е наречено "еволюционен парадокс на шизофренията".
Доскоро за учените беше напълно неясно какви специфични особености на генома на пациентите с шизофрения предопределят развитието на болестта. От десетилетия се води разгорещен дебат дори не за това кои гени са променени при пациенти с шизофрения, а за това каква е общата генетична "архитектура" на болестта.
Означава следното. Геноми отделни хорамного подобни един на друг, разликите са средно по-малко от 0,1 процента от нуклеотидите. Някои от тях отличителни чертигеномите са доста широко разпространени в популацията. Традиционно се счита, че ако се появят при повече от един процент от хората, те могат да се нарекат общи варианти или полиморфизми. Смята се, че тези често срещани варианти са се появили в човешкия геном преди повече от 100 000 години, преди първата миграция от Африка на предците на съвременните хора, така че те често се срещат в повечето човешки субпопулации. Естествено, за да съществуват в значителна част от населението в продължение на хиляди поколения, повечето от полиморфизмите не трябва да бъдат твърде вредни за техните носители.
В генома на всеки от хората обаче има и други генетични особености, са по-млади и по-редки. Повечето от тях не дават никакво предимство на носителите, така че честотата им в популацията, дори и да са фиксирани, остава незначителна. Много от тези черти (или мутации) имат повече или по-малко изразен отрицателен ефект върху годността, така че те постепенно се премахват чрез отрицателна селекция. В замяна, в резултат на непрекъснато процес на мутацияпоявяват се и други нови вредни варианти. Накратко, честотата на която и да е от новите мутации почти никога не надвишава 0,1 процента и такива варианти се наричат редки.
И така, архитектурата на дадено заболяване означава кои точно генетични варианти - често срещани или редки, имащи силен фенотипен ефект или само леко повишаващи риска от развитие на заболяване - предопределят неговото възникване. Именно около този въпрос доскоро се водеше основният дебат за генетиката на шизофренията.
Единственият безспорен факт, установен с молекулярно-генетични методи относно генетиката на шизофренията през последната третина на 20 век, е нейната невероятна сложност. Днес е очевидно, че предразположеността към заболяването се определя от промени в десетки гени. В същото време всички „генетични архитектури“ на шизофренията, предложени през това време, могат да бъдат комбинирани в две групи: моделът „често срещано заболяване – често срещани варианти“ (CV) и моделът „често срещано заболяване – редки варианти“ (често срещано заболяване – редки варианти", RV). Всеки от моделите даде свое собствено обяснение на "еволюционния парадокс на шизофренията".
RV срещу. CV
Според CV модела генетичният субстрат на шизофренията е набор от генетични черти, полиген, подобен на това, което определя наследяването на количествени черти като височина или телесно тегло. Такъв полиген е съвкупност от полиморфизми, всеки от които повлиява слабо физиологията (те се наричат "причинни", защото, макар и не сами, водят до развитие на болестта). За да се поддържа доста висока честота на заболеваемост, характерна за шизофренията, е необходимо този полиген да се състои от често срещани варианти - в крайна сметка е много трудно да се съберат много редки варианти в един геном. Съответно всеки човек има в генома си десетки такива рискови варианти. Накратко, всички причинно-следствени варианти определят генетичното предразположение (отговорността) на всеки индивид към заболяването. Предполага се, че за качествени комплексни характеристики, като шизофрения, има определена прагова стойност на предразположеност и само тези хора, чиято предразположеност надвишава тази прагова стойност, развиват заболяването.
Прагов модел на чувствителност към заболяване. показано нормална дистрибуцияпредразположение, забавено от хоризонтална ос. Хората, чиято предразположеност надвишава праговата стойност, развиват заболяването.
За първи път такъв полигенен модел на шизофрения е предложен през 1967 г. от един от основоположниците на съвременната психиатрична генетика Ървинг Готсман, който също има значителен принос за доказване на наследствения характер на заболяването. От гледна точка на привържениците на CV модела, устойчивостта на висока честота на причинно-следствените варианти на шизофренията в популацията в продължение на много поколения може да има няколко обяснения. Първо, всеки отделен такъв вариант има доста малък ефект върху фенотипа, такива "квази-неутрални" варианти могат да бъдат невидими за селекцията и да останат често срещани в популациите. Това е особено вярно за популации с малък ефективен размер, където влиянието на случайността е не по-малко важно от натиска на селекцията - това включва популацията на нашия вид.
От друга страна са направени предположения за наличието при шизофренията на т.нар. балансиращ избор, т.е. положително влияние„шизофренни полиморфизми“ на здрави носители. Не е толкова трудно да си го представим. Известно е например, че шизоидни личностис високо генетично предразположение към шизофрения (от които има много сред близките роднини на пациентите), повишено нивотворчески способности, което може леко да повиши тяхната адаптация (това вече е показано в няколко работи). Популационната генетика допуска ситуация, при която положителен ефектпричинно-следствените варианти при здрави носители могат да надделеят Отрицателни последициза тези хора, които са имали твърде много от тези „добри мутации“, които са довели до развитието на болестта.
Второ базов моделгенетична архитектура на шизофренията - RV моделът. Тя предполага, че шизофренията е колективно понятие и че всеки отделен случай или фамилна история на заболяването е отделна квази-менделска болест, свързана във всеки отделен случай с уникални промени в генома. В рамките на този модел причинно-следствените генетични варианти са под много силен натискселекция и бързо отстранени от популацията. Но тъй като във всяко поколение се появяват малък брой нови мутации, се установява известен баланс между селекцията и появата на причинни варианти.
От една страна, RV моделът може да обясни защо шизофренията е много добре унаследена, но нейните универсални гени все още не са открити: в края на краищата всяко семейство наследява свои причинни мутации и просто няма универсални. От друга страна, ако се ръководим от този модел, тогава трябва да признаем, че мутации в стотици различни гени могат да доведат до един и същ фенотип. В крайна сметка шизофренията е често срещано заболяване и появата на нови мутации е рядкост. Например данните за секвенирането на тризнаци баща-майка-дете показват, че във всяко поколение се появяват само 70 нови еднонуклеотидни замествания на 6 милиарда нуклеотида на диплоидния геном, от които средно само няколко могат теоретично да имат някакъв ефект върху фенотипа и мутации от други видове - още по-рядко явление.
Някои емпирични доказателства обаче косвено подкрепят този модел на генетичната архитектура на шизофренията. Например в началото на 90-те години на миналия век беше открито, че около един процент от всички пациенти с шизофрения имат микроделеция в един от регионите на 22-та хромозома. В по-голямата част от случаите тази мутация не се наследява от родителите, а се случва de novoпо време на гаметогенезата. Един на всеки 2000 души се ражда с тази микроделеция, която води до различни аномалии в тялото, наречени "синдром на DiGeorge". Страдащите от този синдром се характеризират с сериозни нарушениякогнитивните функции и имунитета, те често са придружени от хипокалцемия, както и проблеми със сърцето и бъбреците. Една четвърт от хората със синдром на DiGeorge развиват шизофрения. Би било изкушаващо да се предположи, че други случаи на шизофрения се обясняват с подобно генетични нарушенияс катастрофални последици.
Друго емпирично наблюдение, косвено подкрепящо ролята de novoмутациите в етиологията на шизофренията е връзката на риска от заболяване с възрастта на бащата. Така че, според някои данни, сред тези, чиито бащи са били на възраст над 50 години по време на раждането, има 3 пъти повече пациенти с шизофрения, отколкото сред тези, чиито бащи са били под 30 години. de novoмутации. Такава връзка, например, отдавна е установена за спорадични случаи на друг (моногенен) наследствено заболяване- ахондроплазия. Тази корелация беше най-скоро потвърдена от гореспоменатите данни за триплетно секвениране: de novoмутациите са свързани с възрастта на бащата, но не и с възрастта на майката. Според изчисленията на учените едно дете получава средно 15 мутации от майката, независимо от нейната възраст, а от бащата - 25, ако е на 20 години, 55, ако е на 35 години и повече от 85, ако е е над 50. Тоест броят de novoмутациите в генома на детето се увеличават с две с всяка година от живота на бащата.
Заедно тези данни изглежда показват доста ясно ключовата роля de novoмутации в етиологията на шизофренията. Ситуацията обаче всъщност се оказа много по-сложна. Дори след разделянето на двете основни теории, десетилетия наред генетиката на шизофренията е в застой. В полза на един от тях почти не са получени надеждни възпроизводими доказателства. Нито за общата генетична архитектура на заболяването, нито за специфични варианти, които влияят на риска от развитие на заболяването. През последните 7 години има рязък скок и той е свързан предимно с технологични пробиви.
Търсене на гени
Секвенирането на първия човешки геном, последвалото подобрение на технологиите за секвениране и след това появата и широкото въвеждане на високопроизводително секвениране най-накрая направи възможно придобиването на повече или по-малко пълно разбиране на структурата на генетичната променливост в човешката популация. Тази нова информация веднага започна да се използва за пълномащабно търсене на генетични детерминанти на предразположение към определени заболявания, включително шизофрения.
Подобни изследвания са структурирани така. Първо се събира проба от несвързани болни хора (случаи) и проба от несвързани здрави индивиди (контроли) с приблизително еднакъв размер. Всички тези хора се определят от наличието на определени генетични варианти - само през последните 10 години изследователите имат възможност да ги определят на ниво цели геноми. След това честотата на поява на всеки от идентифицираните варианти се сравнява между групите болни и контролната група. Ако в същото време е възможно да се установи статистически значимо обогатяване на един или друг вариант в носители, това се нарича асоциация. По този начин сред огромния брой съществуващи генетични варианти са тези, които са свързани с развитието на болестта.
Важна мярка, характеризираща ефекта от вариант, свързан със заболяването, е OD (съотношение на шансовете, съотношение на риска), което се определя като съотношението на шансовете за заболяване при носители тази опцияв сравнение с хората, които не го правят. Ако OD стойността на даден вариант е 10, това означава следното. Ако вземем произволна група носители на варианта и еднаква група хора, които нямат този вариант, се оказва, че в първата група ще има 10 пъти повече болни, отколкото във втората. В същото време, колкото по-близо е OD до единица за даден вариант, толкова по-голяма проба е необходима, за да се потвърди надеждно, че асоциацията наистина съществува - че този генетичен вариант наистина влияе върху развитието на болестта.
Такава работа вече направи възможно откриването на повече от дузина субмикроскопични делеции и дублирания, свързани с шизофренията в целия геном (те се наричат CNV - вариации на броя на копията, един от CNV просто причинява вече познатия ни синдром на DiGeorge). За CNVs, за които е установено, че причиняват шизофрения, OD варира от 4 до 60. Това са високи стойности, но поради тяхната изключителна рядкост, дори общо, всички те обясняват само много малка част от наследствеността на шизофренията в население. Какво е отговорно за развитието на болестта при всички останали?
След сравнително неуспешни опити да се намерят такива CNV, които биха причинили развитието на болестта при повече от няколко редки случаи, а в значителна част от населението привържениците на модела на „мутацията“ възлагаха големи надежди за различен тип експеримент. Те сравняват пациенти с шизофрения и здравословни контролине наличието на масивни генетични пренареждания, а пълните последователности от геноми или екзоми (колекции от всички последователности, кодиращи протеини). Такива данни, получени с помощта на високопроизводително секвениране, правят възможно намирането на редки и уникални генетични характеристики, които не могат да бъдат открити с други методи.
Поевтиняването на секвенирането направи възможно през последните години провеждането на експерименти от този тип върху доста големи проби, включително няколко хиляди пациенти и същия брой здрави контроли в последните проучвания. Какъв е резултатът? Уви, досега е открит само един ген, в който редките мутации са надеждно свързани с шизофренията - това е генът SETD1A, кодиращ един от важните протеини, участващи в регулацията на транскрипцията. Както в случая с CNV, проблемът тук е същият: мутации в гена SETD1Aне може да обясни никаква значителна част от наследствеността на шизофренията поради факта, че те са просто много редки.
Връзка между разпространението на свързаните генетични варианти (хоризонтална ос) и тяхното въздействие върху риска от развитие на шизофрения (OR). В основния график червените триъгълници показват някои от свързаните със заболяването CNV, идентифицирани досега, сините кръгове показват SNP от GWAS. Разрезът показва области с редки и чести генетични варианти в същите координати.
Има индикации, че има други редки и уникални варианти, които влияят върху податливостта към шизофрения. И по-нататъшното увеличаване на пробите в експерименти, използващи секвениране, трябва да помогне да се намерят някои от тях. Въпреки това, въпреки че изследването на редки варианти все още може да предостави известна ценна информация (особено тази информация ще бъде важна за създаването на клетъчни и животински модели на шизофрения), повечето учени сега са съгласни, че редките варианти играят само второстепенна роля в наследствеността. CV моделът е много по-добър в описването на генетичната архитектура на болестта. Увереността в коректността на CV модела дойде преди всичко с разработването на изследвания от типа GWAS, които ще разгледаме подробно във втората част. Накратко, проучвания от този тип са разкрили много често срещаната генетична променливост, която описва голяма част от наследствеността на шизофренията, чието съществуване е предсказано от CV модела.
Допълнителна подкрепа за CV модела за шизофрения е връзката между нивото на генетична предразположеност към шизофрения и така наречените разстройства от шизофрения спектър. Дори ранните изследователи на шизофренията забелязаха, че сред роднините на пациенти с шизофрения често има не само други пациенти с шизофрения, но и "ексцентрични" личности със странности на характера и симптоми, подобни на шизофренията, но по-слабо изразени. Впоследствие подобни наблюдения доведоха до концепцията, че съществува цял набор от заболявания, които се характеризират с повече или по-малко изразени нарушения във възприемането на реалността. Тази група заболявания се нарича разстройство от шизофрения спектър. Освен от различни формишизофренията е една от тях налудни разстройства, шизотипни, параноидни и шизоидни разстройства на личността, шизоафективно разстройство и някои други патологии. Gottesman, предлагайки своя полигенен модел на шизофрения, предполага, че хората с подпрагови стойности на предразположеност към заболяването могат да развият други патологии от шизофреничния спектър и тежестта на заболяването корелира с нивото на предразположение.
Ако тази хипотеза е вярна, би било логично да се предположи, че генетичните варианти, за които е установено, че са свързани с шизофренията, също ще бъдат обогатени сред хората с разстройства от шизофрения спектър. За оценка на генетичната предразположеност на всеки индивид се използва специална стойност, наречена ниво на полигенен риск (polygenic risk score). Нивото на полигенен риск отчита общия принос на всички общи рискови варианти, идентифицирани в GWAS, които присъстват в генома този човек, при предразположеност към заболяване. Оказа се, че както е предвидено от CV модела, стойностите на нивото на полигенния риск корелират не само със самата шизофрения (което е тривиално), но и с други заболявания от спектъра на шизофренията, а по-високите нива на полигенен риск съответстват до тежки видове разстройства.
И все пак остава един проблем - феноменът на "старите бащи". Ако голяма част от емпиричните доказателства подкрепят полигенния модел на шизофренията, как може да се примири с него отдавна установената връзка между възрастта на бащинство и риска от развитие на шизофрения при децата?
Едно елегантно обяснение на този феномен някога беше представено по отношение на модела на CV. Предполагаше се, че късното бащинство и шизофренията не са съответно причина и следствие, а са два ефекта. обща кауза, а именно генетичната предразположеност на покойните бащи към шизофрения. От една страна, високото ниво на податливост към шизофрения може да корелира при здрави мъже с по-късно бащинство. От друга страна е ясно, че високата предразположеност на бащата предопределя повишена вероятност децата му да развият шизофрения. Оказва се, че можем да се справим с две независими корелации, което означава, че натрупването на мутации в прекурсорите на мъжките сперматозоиди може да няма почти никакъв ефект върху развитието на шизофрения в тяхното потомство. Скорошни резултати от моделиране, като се вземат предвид епидемиологичните данни, както и свежи молекулярни данни за честотата de novoмутациите са в добро съгласие с това обяснение на феномена на "старите бащи".
По този начин, в понастоящемможе да се приеме, че почти няма убедителни аргументи в полза на "мутационния" RV модел на шизофренията. Така че ключът към етиологията на заболяването се крие в това кой определен набор от общи полиморфизми причинява шизофрения в съответствие с CV модела. Как генетиците търсят този набор и какво вече са открили ще бъде темата на втората част на нашия разказ.
Аркадий ГоловСиндромът възниква поради липсата на част от генетичния материал, разположен върху късото рамо на хромозома 11. Отстраняването на част от генетичен материал се нарича делеция. Изтриването води до поражението на онези функции, които е трябвало да изпълняват изгубените гени.
Всички гени, с изключение на някои, които са разположени на половите хромозоми, са представени в два екземпляра. Всеки човек получава една част от гените от майката, втората идентична от бащата. Те от своя страна са получили своите двойки гени от родителите си. Генетичният материал се предава от родителите през зародишните клетки. Половите клетки (яйцеклетка или сперма) са единствените клетки в тялото, които носят само едно копие от генетичния материал. Преди да влезе генетичният материал полова клетка, между двете копия на гените има разместване на гени и във всеки родител поставя генетичен материал в зародишната клетка, който е смесица от материала, който той на свой ред е получил от родителите си. Нов животте също ще бъдат разбъркани, преди да бъдат поставени в сексуалната клетка, за да се създаде следващото поколение. Този процес се нарича кросингоувър. Възниква между хомоложни области на хромозоми, в процеса на образуване на зародишни клетки. В процеса на кросингоувър гените могат да създават нови комбинации. Такова смесване осигурява разнообразие от нови поколения. За какво е? Това е необходимо, за да се осигури изменчивостта на поколението, иначе щяхме да се предадем на децата си точни копияхромозоми, получени от един от нашите родители, променливостта между поколенията би била изключително ограничена, което би направило биологична еволюцияна Земята е изключително трудно и следователно би намалило шансовете за оцеляване. В момента, когато протичат такива процеси, парче от хромозомата може да се отлепи и да се получи „изтриване“. Делецията е вид мутация. Ако възникне за първи път, тогава такава мутация се нарича de novo мутация (първата, първоначална). В допълнение към мутациите, които са се появили за първи път в тялото, има мутации, които са наследени. Мутация de novo може да бъде предадена на следващото поколение, тогава вече няма да се нарича мутация de novo.
При синдрома на WAGR част от генетичния код се премахва и няма достатъчно генетичен материал.
В природата има обратни състояния, когато болестта се проявява поради допълнително копие на генетичния материал.
Проявата на WAGR синдром зависи от това кои гени са изключени в резултат на делецията. Съседните гени винаги изпадат. При WAGR генът PAX6 и генът WT1 винаги отпадат, което води до типично проявлениезаболявания. Точковите мутации в гена PAX6 водят до аниридия, а мутациите в WT1 водят до тумор на Wilms. При WAGR няма мутация на тези гени - самите гени отсъстват.
Хората със синдром на WAGRO (добавена буква O - затлъстяване) имат BDNF генна лезия. Този ген се експресира в мозъка и е важен за живота на невроните. Протеинът, който се произвежда под въздействието на този ген, най-вероятно участва в регулирането на ситостта, жаждата и телесното тегло. Загубата на BDNF най-вероятно е свързана със затлъстяването, което започва от детствопри деца със синдром на WAGRO. Пациентите с WAGRO имат по-голям риск неврологични проблемикато интелектуален спад, аутизъм. Не е напълно разбрано дали този риск е свързан със загубата на BDNF гена.
Знаем нещо за гените, които са изключени при WAGR синдрома:
WT1
WT1 е ген (туморен ген на Wilms), който секретира протеин, необходим за нормално развитиебъбреци и полови жлези (яйчници при жените и тестиси при мъжете). В тези тъкани протеинът играе роля в клетъчната диференциация и апоптозата. За да изпълнява всички тези функции, WT1 регулира активността на други гени чрез свързване на региони на ДНК.
Генът WT1 е необходим за потискане на тумора на Wilms. Съществува вариант на наименованието на туморния супресор ген1 на Wilm's tumor (ген, който потиска развитието на тумора на Wilms).Неговата мутация или липса води до повишен риск от развитие на тумор.Именно поради вероятността от този ген участва в синдрома на WAGR, че е необходимо постоянно наблюдение на състоянието на бъбреците.
PAX6
PAX6 принадлежи към семейство гени, които играят критична роля в развитието на органи и тъкани по време на ембрионално развитие. Членовете на семейството PAX са важни за нормално функциониранеразлични телесни клетки след раждането. Гените от семейство PAX участват в синтеза на протеини, които свързват специфични ДНК участъци и по този начин контролират активността на други гени. Поради това свойство PAX протеините се наричат транскрипционни фактори.
По време на ембрионалното развитие протеинът PAX 6 активира гени, участващи в развитието на очите, мозъка, гръбначния мозък и панкреаса. PAX 6 участва в разработката нервни клеткиобонятелен тракт, които са отговорни за обонянието. В момента PAX 6 функционира по време на пренатално развитиенай-вероятно не са проучени до края и с течение на времето получаваме нови факти. След раждането на PAX6 протеинът регулира много гени в окото.
Липсата на функция на ген PAX 6 води до проблеми с очите след раждането.
BDNF
Генът BDNF кодира протеин, открит в мозъка и в гръбначен мозък. Този ген играе роля в растежа и узряването на нервните клетки. Протеинът BDNF е активен в синапсите в мозъка. Синапсите могат да се променят и адаптират в отговор на опита. Протеинът BDNF помага за регулиране на синаптичната променливост, което е от съществено значение за ученето и паметта.
BDNF е протеин, открит в областите на мозъка, които са отговорни за ситостта, жаждата и телесното тегло. Най-вероятно този протеин допринася за тези процеси.
Експресията на този ген е намалена при болестите на Алцхаймер, Паркинсон и Хънтингтън, този ген може да играе роля в реакциите на стрес и разстройствата на настроението. Генът BDNF привлече вниманието на много изследователи. Има работи, които изследват активността на протеина BDNF в мозъка в зависимост от упражнение, диета, психически стрес и други състояния. Активността на този протеин е свързана с умствената дейност и психичните състояния и се правят опити да се повлияе на нивото му.
Ще съм благодарен, ако ме насочите нова информацияотносно този въпрос. Напишете всичко в коментарите.
Забележка:
Думите протеин и протеин са синоними.
Откриване на denovo мутация в гена за дистрофин и нейното значение за медицинското генетично консултиране в мускулна дистрофияДюшен
Муравлева Е.А., Стародубова А.В., Пишкина Н.П., Дуйсенова О.С.
Научен ръководител: д.м.н. ст.н.с. Колоколов О.В.
Държавна бюджетна образователна институция за висше професионално образование Саратовски държавен медицински университет им. В И. Министерството на здравеопазването на Руската федерация Разумовски
Отделение по неврология FPC и PPS им. К.Н. Третякова
Въведение.Мускулната дистрофия на Дюшен (DMD) е едно от най-честите наследствени невромускулни заболявания. Разпространението му е 2-5: 100 000 от населението, популационната честота е 1: 3500 новородени момчета. Тази форма на мускулна дистрофия е описана за първи път от Едуард Мерион (1852) и Гийом Дюшен (1861).
Заболяването се характеризира с Х-свързан рецесивен модел на унаследяване и тежко, прогресивно протичане. DMD се причинява от мутация в гена за дистрофин, чийто локус се намира на Xp21.2. Около 30% от случаите са причинени от de novo мутации, 70% - от носителството на мутацията от майката на пробанда. Дистрофинът е отговорен за свързването на цитоскелета на всяко мускулно влакно с основната базална ламина (извънклетъчен матрикс) чрез протеинов комплекс, който се състои от много субединици. Липсата на дистрофин води до проникване на излишък от калций в сарколома ( клетъчната мембрана). Мускулните влакна претърпяват некроза, мускулната тъкан се заменя с мастна тъкан, както и съединителна тъкан.
Съвременната диагноза на ДМД се основава на оценката на съответствието на проявите на заболяването с клиничните анамнестични и лабораторни инструментални (серумна креатинкиназа (КС), електроневромиография (ЕНМГ), хистохимично изследване на мускулна биопсия) критерии, генеалогичен анализ и данни от молекулярно-генетични изследвания.
Провеждането на медицинско генетично консултиране в момента в много семейства може да предотврати раждането на болно дете. Пренатална ДНК диагностика ранни датибременността в семейства с дете, страдащо от ДМД, ще позволи на родителите да изберат допълнителни тактики и евентуално да прекъснат бременността преждевременно, ако плодът има заболяване.
В някои случаи клинична картинанаблюдавани при жени - хетерозиготни носители на мутантния ген под формата на увеличение мускулите на прасеца, умерено изразен мускулна слабост, намаляване на сухожилните и периосталните рефлекси, според параклиничните изследвания се повишава нивото на KKS. В допълнение, класическите клинични прояви на DMD могат да се появят при жени със синдром на Shereshevsky-Turner (генотип 45, CW).
Клиничен пример.В нашата клиника се наблюдава 7-годишно момче К., което се оплаква от слабост в мускулите на ръцете и краката, умора при продължително ходене. Майката на детето отбелязва, че има периодични падания, трудности при изкачване на стълби, нарушение на походката (като "патица"), трудности при изправяне от седнало положение, увеличаване на обема на мускулите на прасеца.
Ранното развитие на детето е безпроблемно. На 3-годишна възраст други забелязаха нарушения двигателни функциипод формата на затруднения при изкачване по стълбите, когато се изправя, детето не участва в игри на открито, започва бързо да се уморява. След това патешката походка се промени. Трудностите се увеличават при изправяне от седнало положение или от легнало положение: изправяне стъпка по стъпка със „стълба“ с активно използване на ръцете. Постепенно се забелязва увеличаване на обема на прасеца и някои други мускули.
IN неврологичен прегледводещи клиничен признаке симетрична проксимална периферна тетрапареза, по-изразена в краката (мускулна сила в проксималната Горни крайници- 3-4 точки, в дисталните - 4 точки, в проксималните части долни крайници- 2-3 точки, в дисталния - 4 точки). Походката се променя според типа "патица". Използва спомагателни ("миопатични") техники, например изправяне със "стълба". Мускулен тонуснамалена, без контрактури. Хипотрофия на мускулите на тазовия и раменния пояс. "Миопатични" характеристики, например под формата на широко междулопаточно пространство. Има псевдохипертрофия на мускулите на прасеца. Сухожилни и периостални рефлекси - без съществена разлика в страните; биципитална - ниска, триципитална и карпорадиална - средна жизненост, коленна и ахилесова - ниска. Въз основа на клиничните находки се подозира DMD.
При изследването на ККС нивото му е 5379 единици/л, което е 31 пъти над нормата (нормата е до 171 единици/л). По ЕНМГ са регистрирани признаци, които са по-характерни за умерено протичащ първичен мускулен процес. Така получените данни потвърждават наличието на ДМД при пациента.
В допълнение към пробанда, неговите родители и по-възрастни Родна сестра. Никой от роднините на пробанда клинични проявленияДМД не се наблюдава. Майката обаче забеляза леко увеличение на обема на мускулите на прасеца. Според генеалогичния анализ пробандът е единственият болен в семейството. В същото време не може да се изключи, че майката на детето и сестрата на пробанда са хетерозиготни носители на мутантния ген (фиг. 1).
Ориз. 1 Родословие
Като част от медико-генетичното консултиране, семейството на К. е изследвано за наличие/отсъствие на делеции и дупликации в гена за дистрофин. Молекулярно-генетичният анализ в лабораторията за ДНК диагностика на Московския държавен научен център на Руската академия на медицинските науки разкри делеция на екзон 45 в пробанд К., което окончателно потвърждава установеното клинична диагнозаДМД. Заличаването на екзон 45, открито в сина, не е открито в майката. При сестрата в резултат на анализа не е открита делецията на екзон 45, която е открита при брата. Следователно, при субекта, мутацията най-вероятно има de novo произход, но може да бъде и резултат от мозаицизъм на зародишната линия в майката. Съответно, при de novo мутация, рискът от раждане на болно дете при майка ще се определя от популационната честота на тази мутация (1:3500, ‹‹1%), което е много по-малко, отколкото при X-свързана рецесивна тип наследство (50% от момчетата). Тъй като е невъзможно напълно да се изключи, че мутацията може да е резултат от зародишен мозаицизъм, при който се нарушава наследяването според законите на Мендел, се препоръчва пренатална диагностика по време на последваща бременност при майката и сестрата на пробанда.
Заключение.В момента лекарят разполага с широк арсенал от симптоматични средства, използвани при лечението на ДМД, но въпреки постиженията на науката, етиологично лечение DMD все още не е разработен, ефективни лекарстваЗа заместително лечениене съществува в ДМД. Според последните изследвания на стволови клетки има обещаващи вектори, които могат да заместят увредените мускулни тъкани. В момента обаче е възможно само симптоматично лечениенасочени към подобряване качеството на живот на пациента. В тази връзка ранна диагностикаДМД играе важна роля за навременното провеждане на медицинско генетично консултиране и избора на по-нататъшни тактики за семейно планиране. За пренатална ДНК диагностика изследването с хорионбиопсия (CVS) може да се извърши на 11-14 седмица от бременността, амниоцентезата може да се използва след 15 седмици и е възможно вземането на кръвни проби от плода на около 18 седмици. Ако тестът се проведе в ранна бременност, е възможно ранно прекъсване на бременността, ако плодът има заболяване. В някои случаи е препоръчително да се проведе предимплантационна ДНК диагностика, последвана от ин витро оплождане.
Изводи.Да предоставя ранно откриванеи превенцията на ДМД е необходимо по-широко използване на методите на молекулярно-генетична диагностика; повишаване на бдителността на практикуващите по отношение на тази патология. При de novo мутация рискът от раждане на болно дете при майка се определя от популационната честота на мутацията на гена за дистрофин. В случаите, когато майката на пробанда носи мутацията, е необходима пренатална или периимплантационна ДНК диагностика за семейно планиране.
