Medicinska genetika. Detekcija de novo mutacije u genu za distrofin i njezin značaj za medicinsko genetsko savjetovanje u Duchenneovoj mišićnoj distrofiji (kliničko promatranje)
Tri skupine američkih znanstvenika, neovisno jedna o drugoj, po prvi su put uspjele utvrditi vezu između mutacija pojedinih gena i vjerojatnosti da dijete razvije poremećaje iz autističnog spektra, javlja Novi York Times. Osim toga, istraživači su pronašli znanstvenu potvrdu ranije utvrđene izravne povezanosti između dobi roditelja, posebice očeva, i rizika od razvoja autizma kod njihovih potomaka.
Sve tri skupine usredotočile su se na rijetku skupinu genetske mutacije, pod nazivom "de novo". Ove mutacije nisu naslijeđene, već nastaju tijekom začeća. Kao genetski materijal uzeti su uzorci krvi članova obitelji u kojima roditelji nisu bili autisti, a djeca su razvila različite poremećaje iz spektra autizma.
Prva skupina znanstvenika, predvođena Matthewom W. Stateom, profesorom genetike i dječje psihijatrije na Sveučilištu Yale, čiji je rad objavljen 4. travnja u časopisu Nature, analizirala je prisutnost de novo mutacija kod 200 osoba s dijagnosticiranim autizmom, čiji su roditelji , braća i sestre nisu bili autistični. Kao rezultat toga, otkriveno je dvoje djece s istom mutacijom u istom genu, a ništa ih drugo nije povezivalo osim dijagnoze.
"To je kao igra pikada strelicom dvaput pogoditi istu točku na meti. Vjerojatnost da je otkrivena mutacija povezana s autizmom je 99,9999 posto”, citira profesorica State.
Tim predvođen Evanom E. Eichlerom, profesorom genetike na Sveučilištu Washington, ispitao je uzorke krvi iz 209 obitelji s autističnom djecom i pronašao istu mutaciju u istom genu kod jednog djeteta. Osim toga, identificirano je dvoje autistične djece iz različitih obitelji koja su imala identične "de novo" mutacije, ali u različitim genima. Među neautističnim subjektima nisu primijećene takve slučajnosti.
Treća skupina istraživača, predvođena profesorom Markom J. Dalyjem sa Sveučilišta Harvard, pronašla je nekoliko slučajeva de novo mutacija u ista tri gena kod autistične djece. U genotipu svake osobe prisutna je barem jedna mutacija ove vrste, ali ih, smatra Daly, autistični ljudi u prosjeku imaju znatno više.
Sve tri skupine istraživača također su potvrdile prethodno uočenu vezu između dobi roditelja i autizma kod djece. Što su roditelji, osobito otac, stariji, to je veći rizik od de novo mutacija. Nakon analize 51 mutacije, tim predvođen profesorom Eichlerom otkrio je da se ova vrsta oštećenja četiri puta češće pojavljuje u muškoj DNK nego u ženskoj. I još češće ako muškarac ima više od 35 godina. Stoga znanstvenici sugeriraju da je oštećeni očevi genetski materijal dobiven potomkom pri začeću izvor onih mutacija koje dovode do razvoja autističnih poremećaja.
Znanstvenici se slažu da će potraga za načinima sprječavanja takvog razvoja događaja biti duga, istraživanje genetske prirode autizma tek počinje. Konkretno, timovi Eichlera i Dalyja pronašli su dokaze da su geni s "de novo" mutacijama uključeni u iste biološke procese. „Ali ovo je samo vrh ledenog brijega", kaže profesor Eichler. „Glavna stvar je da smo se svi složili odakle početi."
Shizofrenija je jedna od najmisterioznijih i najsloženijih bolesti, i to na mnogo načina. Teško je dijagnosticirati - još uvijek nema konsenzusa o tome je li ova bolest jedna ili više sličnih jedna drugoj. Teško se liječi – sada postoje samo lijekovi koji suzbijaju tzv. pozitivni simptomi (poput delirija), ali oni ne pomažu da se osoba vrati u stanje puni život. Shizofreniju je teško proučavati – nijedna druga životinja osim ljudi ne boluje od nje, pa gotovo da nema modela za njezino proučavanje. Shizofreniju je vrlo teško razumjeti s genetske i evolucijske točke gledišta – puna je proturječja koje biolozi još ne mogu razriješiti. Međutim, dobra vijest je da in posljednjih godina Napokon se čini da su stvari krenule naprijed. Već smo govorili o povijesti otkrića shizofrenije i prvim rezultatima njezina proučavanja neurofiziološkim metodama. Ovaj put ćemo govoriti o tome kako znanstvenici traže genetski razlozi pojava bolesti.
Važnost ovog rada nije čak ni u tome što gotovo svaka stota osoba na planetu boluje od shizofrenije, a napredak u tom području trebao bi barem radikalno pojednostaviti dijagnozu, čak i ako stvorimo dobar lijek Neće odmah uspjeti. Važnost genetsko istraživanje utoliko što već mijenjaju naše razumijevanje temeljnih mehanizama nasljeđivanja složenih osobina. Ako znanstvenici uspiju shvatiti kako se takvo što može “sakriti” u našoj DNK složena bolest poput shizofrenije, to bi predstavljalo radikalan pomak u razumijevanju organizacije genoma. A značaj takvog rada daleko će nadilaziti kliničku psihijatriju.
Prvo, neke sirove činjenice. Shizofrenija je teška, kronična mentalna bolest koja onesposobljava ljude i koja obično pogađa mlade ljude. Pogađa oko 50 milijuna ljudi diljem svijeta (nešto manje od 1% stanovništva). Bolest je praćena apatijom, bezvoljnošću, često halucinacijama, deluzijama, dezorganizacijom mišljenja i govora te motoričkim poremećajima. Simptomi obično uzrokuju socijalnu izolaciju i smanjenu produktivnost. Povećani rizik od samoubojstva kod bolesnika sa shizofrenijom, kao i popratnih somatskih bolesti, dovodi do smanjenja ukupnog životnog vijeka za 10-15 godina. Osim toga, pacijenti sa shizofrenijom imaju manje djece: muškarci imaju prosječno 75 posto, žene - 50 posto.
Posljednjih pola stoljeća bilježi se brz napredak u mnogim područjima medicine, no taj napredak jedva da je utjecao na prevenciju i liječenje shizofrenije. Ne u zadnje utočište to je zbog činjenice da još uvijek nemamo jasnu ideju o kakvom se prekršaju radi biološki procesi je uzrok razvoja bolesti. To nerazumijevanje dovelo je do toga da otkad se prvi antipsihotik klorpromazin (trgovački naziv: Aminazin) pojavio na tržištu prije više od 60 godina, nije došlo do kvalitativne promjene u liječenju bolesti. Svi trenutno postojeći antipsihotici odobreni za liječenje shizofrenije (i tipični, uključujući klorpromazin, i atipični) imaju isti osnovni mehanizam djelovanja: smanjuju aktivnost dopaminskih receptora, što eliminira halucinacije i deluzije, ali, nažalost, malo utječe na negativne simptome poput apatije, nedostatka volje, poremećaja mišljenja itd. Nuspojave i ne spominjemo. Opće razočarenje u istraživanju shizofrenije je to što su farmaceutske tvrtke dugo smanjivale sredstva za razvoj antipsihotika - iako ukupni broj klinička ispitivanja samo rastu. No, nada u razjašnjenje uzroka shizofrenije stigla je iz prilično neočekivanog smjera – povezana je s neviđenim napretkom molekularne genetike.
Kolektivna odgovornost
Čak su i prvi istraživači shizofrenije primijetili da je rizik od obolijevanja usko povezan s prisutnošću bolesnih srodnika. Pokušaji utvrđivanja mehanizma nasljeđivanja shizofrenije učinjeni su gotovo odmah nakon ponovnog otkrića Mendelovih zakona, na samom početku 20. stoljeća. Međutim, za razliku od mnogih drugih bolesti, shizofrenija se nije uklapala u okvire jednostavnih Mendelovih modela. Unatoč visokoj nasljednosti, nije ga bilo moguće povezati s jednim ili više gena, pa je do sredine stoljeća tzv. psihogene teorije razvoja bolesti. U skladu s psihoanalizom, koja je sredinom stoljeća bila izuzetno popularna, te teorije prividnu nasljednost shizofrenije nisu objašnjavale genetikom, već karakteristikama odgoja i nezdravom atmosferom u obitelji. Postojala je čak i takva stvar kao "shizofrenogeni roditelji".
Međutim, ova teorija, unatoč svojoj popularnosti, nije dugo živjela. Konačnu točku na pitanje je li shizofrenija nasljedna bolest postavile su psihogenetske studije provedene još 60-70-ih godina. To su prvenstveno studije blizanaca, kao i studije posvojene djece. Bit studija blizanaca je usporediti vjerojatnosti manifestacije određene osobine - u ovom slučaju razvoja bolesti - kod jednojajčanih i dvojajčanih blizanaca. Budući da razlika u učincima okoline na blizance ne ovisi o tome jesu li jednojajčani ili dvojajčani, razlike u tim vjerojatnostima moraju proizaći uglavnom iz činjenice da su jednojajčani blizanci genetski identični, a dvojajčani blizanci imaju u prosjeku samo polovicu iste varijante gena.
U slučaju shizofrenije pokazalo se da je podudarnost jednojajčanih blizanaca više od 3 puta veća od podudarnosti dvojajčanih blizanaca: kod prvog je približno 50 posto, a kod drugog manje od 15 posto. Ove riječi treba shvatiti na sljedeći način: ako imate jednojajčanog brata blizanca koji boluje od shizofrenije, tada ćete se i sami razboljeti s 50 posto vjerojatnosti. Ako ste vi i vaš brat dvojajčani blizanci, tada rizik od bolesti nije veći od 15 posto. Teorijski izračuni, koji dodatno uzimaju u obzir prevalenciju shizofrenije u populaciji, procjenjuju doprinos nasljednosti razvoju bolesti na razini od 70-80 posto. Usporedbe radi, visina i indeks tjelesne mase nasljeđuju se na otprilike isti način - osobine koje su se oduvijek smatrale usko povezanima s genetikom. Usput, kako se kasnije pokazalo, ista visoka nasljednost karakteristična je za tri od ostale četiri glavne mentalne bolesti: poremećaj pažnje s hiperaktivnošću, bipolarni poremećaj i autizam.
Rezultati istraživanja blizanaca u potpunosti su potvrđeni proučavanjem djece koju su rodili bolesnici sa shizofrenijom i koju su u ranom djetinjstvu usvojili zdravi posvojitelji. Pokazalo se da njihov rizik od razvoja shizofrenije nije smanjen u usporedbi s djecom koju su odgajali shizofreni roditelji, što jasno ukazuje na ključnu ulogu gena u etiologiji.
I tu dolazimo do jedne od najmisterioznijih značajki shizofrenije. Činjenica je da, ako je tako snažno naslijeđena i istovremeno ima vrlo negativan učinak na sposobnost nositelja (podsjetimo se da pacijenti sa shizofrenijom ostavljaju barem upola manje potomaka nego zdravi ljudi), kako onda uspijeva opstati u populaciji najmanje ? Ova kontradikcija, oko koje se na mnoge načine odvija glavna borba između različitih teorija, naziva se "evolucijski paradoks shizofrenije".
Donedavno je znanstvenicima bilo potpuno nejasno koje točno značajke genoma pacijenata sa shizofrenijom predodređuju razvoj bolesti. Desetljećima se vode žestoke rasprave ne čak ni o tome koji su geni promijenjeni kod pacijenata sa shizofrenijom, već o tome kakva je opća genetska "arhitektura" bolesti.
To znači sljedeće. Genomi pojedinaca su vrlo slični jedni drugima, razlikuju se u prosjeku za manje od 0,1 posto nukleotida. Neki od njih razlikovna obilježja genoma prilično su rašireni u populaciji. Uvriježeno se smatra da se, ako se javljaju u više od jedan posto ljudi, mogu nazvati uobičajenim varijantama ili polimorfizmima. Vjeruje se da su se te uobičajene varijante pojavile u ljudskom genomu prije više od 100.000 godina, prije prve migracije predaka modernih ljudi iz Afrike, pa se obično nalaze u većini ljudskih subpopulacija. Naravno, da bi postojali u značajnom dijelu populacije tisućama generacija, većina polimorfizama ne bi trebala biti previše štetna za njihove nositelje.
Međutim, u genomu svake osobe postoje i drugi genetske osobine, - mlađi i rjeđi. Većina njih nositeljima ne daje nikakvu prednost, pa njihova učestalost u populaciji, čak i ako su fiksni, ostaje beznačajna. Mnoga od tih svojstava (odnosno mutacija) imaju više ili manje izražen negativan učinak na sposobnost, pa se negativnom selekcijom postupno uklanjaju. Zauzvrat, kao rezultat kontinuiranog proces mutacije pojavljuju se druge nove štetne varijante. Ukratko, učestalost bilo koje od novih mutacija gotovo nikada ne prelazi 0,1 posto, a takve se varijante nazivaju rijetkima.
Dakle, arhitektura bolesti točno znači koje genetske varijante - uobičajene ili rijetke, s jakim fenotipskim učinkom ili samo malo povećavaju rizik od razvoja bolesti - unaprijed određuju njezinu pojavu. Upravo oko ovog pitanja donedavno se vodila glavna rasprava o genetici shizofrenije.
Jedina činjenica nepobitno utvrđena molekularno-genetičkim metodama o genetici shizofrenije u posljednjoj trećini 20. stoljeća je njezina nevjerojatna kompleksnost. Danas je očito da je predispozicija za bolest određena promjenama u desecima gena. U isto vrijeme, sve "genetske arhitekture" shizofrenije predložene u to vrijeme mogu se kombinirati u dvije skupine: model "uobičajena bolest - uobičajene varijante" (CV) i model "uobičajena bolest - rijetke varijante" (uobičajena bolest - rijetke varijante", RV). Svaki od modela dao je vlastito objašnjenje "evolucijskog paradoksa shizofrenije".
RV vs. CV
Prema CV modelu, genetski supstrat shizofrenije je skup genetskih svojstava, poligen, sličan onom što određuje nasljeđivanje kvantitativnih svojstava kao što su visina ili tjelesna težina. Takav poligen je skup polimorfizama od kojih svaki samo malo utječe na fiziologiju (nazivaju se "uzročni", jer, iako ne sami, dovode do razvoja bolesti). Da bi se održala prilično visoka stopa incidencije karakteristična za shizofreniju, neophodno je da se ovaj poligen sastoji od uobičajenih varijanti - na kraju krajeva, vrlo je teško prikupiti mnogo rijetkih varijanti u jednom genomu. U skladu s tim, svaka osoba ima desetke takvih rizičnih varijanti u svom genomu. Ukratko, sve uzročne varijante određuju genetsku predispoziciju (sklonost) svakog pojedinca bolesti. Pretpostavlja se da za kvalitativne složene značajke, kao što je shizofrenija, postoji određena vrijednost praga predispozicije, a samo oni ljudi čija predispozicija prelazi tu vrijednost praga razviju bolest.
Model praga osjetljivosti na bolest. prikazano normalna distribucija predispozicija odgođena za Vodoravna os. Bolest se razvija kod osoba čija predispozicija prelazi graničnu vrijednost.
Prvi put je takav poligenski model shizofrenije predložio 1967. godine jedan od utemeljitelja moderne psihijatrijske genetike Irving Gottesman, koji je dao i značajan doprinos u dokazivanju nasljedne prirode bolesti. Sa stajališta pristaša KV modela, postojanost visoke učestalosti uzročnih varijanti shizofrenije u populaciji tijekom mnogih generacija može imati nekoliko objašnjenja. Prvo, svaka pojedinačna takva varijanta ima prilično mali učinak na fenotip; takve "kvazi-neutralne" varijante mogu biti nevidljive selekciji i ostati uobičajene u populacijama. To posebno vrijedi za populacije s niskim efektivnim brojem, gdje utjecaj slučajnosti nije ništa manje važan od selekcijskog pritiska - to uključuje populaciju naše vrste.
S druge strane, iznesene su pretpostavke o prisutnosti u slučaju shizofrenije tzv. balansirajući odabir, tj. pozitivan utjecaj"shizofreni polimorfizmi" na zdravi kliconoše. Nije to tako teško zamisliti. Poznato je npr. da je za shizoidne osobnosti s visokom genetskom predispozicijom za shizofreniju (koju ima mnogo bliskih srodnika pacijenata), karakteristična povećana razina kreativne sposobnosti, što može malo povećati njihovu adaptaciju (to je već pokazano u nekoliko radova). Populacijska genetika dopušta situaciju u kojoj pozitivan učinak uzročne varijante u zdravih nositelja mogu prevagnuti Negativne posljedice za one ljude koji su imali previše ovih “dobrih mutacija”, koje su dovele do razvoja bolesti.
Drugi osnovni model genetska arhitektura shizofrenije - RV model. Ona sugerira da je shizofrenija kolektivni koncept i da je svaki pojedinačni slučaj ili obiteljska povijest bolesti zasebna kvazi-mendelska bolest, povezana u svakom pojedinačnom slučaju s jedinstvenim promjenama u genomu. U ovom modelu, uzročne genetske varijante su pod vrlo jak pritisak selekcija i brzo se uklanjaju iz populacije. No budući da se u svakoj generaciji javlja mali broj novih mutacija, uspostavlja se određena ravnoteža između selekcije i nastanka uzročnih varijanti.
S jedne strane, model RV može objasniti zašto je shizofrenija vrlo dobro naslijeđena, ali njezini univerzalni geni još nisu pronađeni: na kraju krajeva, svaka obitelj nasljeđuje svoje uzročne mutacije, a univerzalnih jednostavno nema. S druge strane, ako se netko vodi ovim modelom, mora priznati da mutacije u stotinama različitih gena mogu dovesti do istog fenotipa. Uostalom, shizofrenija je česta bolest, a pojava novih mutacija je rijetka. Na primjer, podaci o sekvenciranju trojki otac-majka-dijete pokazuju da se u svakoj generaciji dogodi samo 70 novih jednonukleotidnih supstitucija na 6 milijardi nukleotida diploidnog genoma, od kojih u prosjeku samo nekoliko teoretski može imati bilo kakav učinak na fenotip, a mutacije drugih tipova - još rjeđa pojava.
Međutim, neki empirijski dokazi neizravno podupiru ovaj model genetske arhitekture shizofrenije. Primjerice, početkom 1990-ih otkriveno je da oko jedan posto svih pacijenata sa shizofrenijom ima mikrodeleciju u jednom od područja 22. kromosoma. U velikoj većini slučajeva ova mutacija nije naslijeđena od roditelja, ali se događa de novo tijekom gametogeneze. Jedan od 2000 ljudi rađa se s ovom mikrodelecijom, koja dovodi do raznih abnormalnosti u tijelu, nazvanih "DiGeorgeov sindrom". Osobe koje pate od ovog sindroma karakteriziraju ozbiljne povrede kognitivnih funkcija i imuniteta, često ih prati hipokalcemija, kao i problemi sa srcem i bubrezima. Četvrtina ljudi s DiGeorgeovim sindromom razvije shizofreniju. Bilo bi primamljivo pretpostaviti da se drugi slučajevi shizofrenije mogu objasniti sličnim genetski poremećaji s katastrofalnim posljedicama.
Još jedno empirijsko opažanje koje neizravno potvrđuje ulogu de novo Mutacije u etiologiji shizofrenije povezane su s rizikom razvoja bolesti s dobi oca. Tako je, prema nekim podacima, među onima čiji su očevi u trenutku rođenja bili stariji od 50 godina 3 puta više oboljelih od shizofrenije nego među onima čiji su očevi bili mlađi od 30 godina. su iznesene o povezanosti između starosti oca i pojave de novo mutacije. Takva je veza, na primjer, odavno utvrđena za sporadične slučajeve drugih (monogenih) nasljedna bolest- ahondroplazija. Ova je korelacija nedavno potvrđena gore spomenutim trostrukim podacima sekvenciranja: broj de novo mutacije su povezane s dobi oca, ali ne i s dobi majke. Prema izračunima znanstvenika, dijete u prosjeku dobije 15 mutacija od majke, bez obzira na njezinu dob, a od oca - 25 ako ima 20 godina, 55 ako ima 35 godina i više od 85 ako je starije 50. Odnosno broj de novo mutacije u genomu djeteta povećavaju se za dvije sa svakom godinom očeva života.
Uzeti zajedno, čini se da ovi podaci prilično jasno ukazuju na ključnu ulogu de novo mutacije u etiologiji shizofrenije. Međutim, situacija se zapravo pokazala puno kompliciranijom. Nakon razdvajanja dviju glavnih teorija, genetika shizofrenije desetljećima je stagnirala. Nisu dobiveni gotovo nikakvi pouzdani, ponovljivi podaci koji bi poduprli jednu od njih. Niti opća genetska arhitektura bolesti niti specifične varijante koje utječu na rizik od razvoja bolesti. Nagli skok dogodio se u proteklih 7 godina i prvenstveno je posljedica tehnoloških otkrića.
U potrazi za genima
Sekvenciranje prvog ljudskog genoma, naknadno poboljšanje tehnologija sekvenciranja, a zatim pojava i široka primjena visokoučinkovitog sekvenciranja omogućili su konačno dobivanje manje-više potpunog razumijevanja strukture genetske varijabilnosti u ljudskoj populaciji. Te su se nove informacije odmah počele koristiti za sveobuhvatnu potragu za genetskim determinantama predispozicije za određene bolesti, uključujući shizofreniju.
Takve studije strukturirane su otprilike ovako. Prvo se prikuplja uzorak oboljelih osoba koje nisu u srodstvu (slučajevi) i uzorak približno jednake veličine zdravih osoba koje nisu u srodstvu (kontrole). Svi ovi ljudi utvrđeno je da imaju određene genetske varijante - samo u zadnjih 10 godina istraživači su imali priliku utvrditi ih na razini cijelih genoma. Zatim se uspoređuje učestalost pojavljivanja svake od identificiranih varijanti između skupina oboljelih i kontrolne skupine. Ako je moguće pronaći statistički značajno obogaćivanje jedne ili druge varijante u nositeljima, to se naziva asocijacija. Dakle, među golemim brojem genetskih varijanti koje postoje, postoje i one koje su povezane s razvojem bolesti.
Važna vrijednost koja karakterizira učinak varijante povezane s bolešću je OD (odds ratio), koji se definira kao omjer izgleda za dobivanje bolesti kod nositelja ovu opciju u usporedbi s onim ljudima koji ga nemaju. Ako je OD vrijednost varijante 10, to znači sljedeće. Ako uzmemo slučajnu skupinu nositelja varijante i jednaku skupinu ljudi koji nemaju tu varijantu, ispada da će u prvoj skupini biti 10 puta više oboljelih nego u drugoj. Štoviše, što je OD bliži jedinici za danu varijantu, to je veći uzorak potreban kako bi se pouzdano potvrdilo da povezanost stvarno postoji – da ova genetska varijanta stvarno utječe na razvoj bolesti.
Takav je rad sada omogućio otkrivanje u cijelom genomu više od desetak submikroskopskih delecija i duplikacija povezanih sa shizofrenijom (nazivaju se CNV - varijacije broja kopija, jedan od CNV-ova uzrokuje već poznati DiGeorgeov sindrom). Za otkrivene CNV-ove koji uzrokuju shizofreniju, OD se kreće od 4 do 60. To su visoke vrijednosti, ali zbog svoje izuzetne rijetkosti čak i zajedno objašnjavaju samo vrlo mali dio nasljednosti shizofrenije u populaciji. Što je odgovorno za razvoj bolesti kod svih ostalih?
Nakon relativno neuspješnih pokušaja pronalaska CNV-a koji bi uzrokovali razvoj bolesti u više od nekoliko u rijetkim slučajevima, au značajnom dijelu populacije zagovornici modela "mutacije" polagali su velike nade u drugačiju vrstu eksperimenta. Uspoređuju pacijente sa shizofrenijom i zdrave kontrole ne prisutnost masivnih genetskih preslagivanja, već kompletne sekvence genoma ili egzoma (zbirke svih sekvenci koje kodiraju proteine). Takvi podaci, dobiveni korištenjem visokoučinkovitog sekvenciranja, omogućuju pronalaženje rijetkih i jedinstvenih genetskih značajki koje se ne mogu otkriti drugim metodama.
Smanjenje troškova sekvenciranja posljednjih je godina omogućilo provođenje eksperimenata ove vrste na prilično velikim uzorcima - uključujući, u nedavnim studijama, nekoliko tisuća pacijenata i isti broj zdravih kontrola. Kakav je rezultat? Nažalost, do sada je otkriven samo jedan gen u kojem su rijetke mutacije pouzdano povezane sa shizofrenijom - ovaj gen SETD1A, koji kodira jedan od važnih proteina uključenih u regulaciju transkripcije. Kao i kod CNV-a, ovdje je problem isti: mutacije u genu SETD1A ne može objasniti nijedan značajan dio nasljednosti shizofrenije zbog činjenice da su jednostavno vrlo rijetki.
Odnos između prevalencije povezanih genetskih varijanti (horizontalna os) i njihovog utjecaja na rizik od razvoja shizofrenije (OR). U glavnom grafikonu, crveni trokuti prikazuju neke od do danas otkrivenih CNV-ova povezanih s bolešću; plavi krugovi prikazuju SNP-ove prema GWAS podacima. Umetak prikazuje područja rijetkih i uobičajenih genetskih varijanti u istim koordinatama.
Postoje naznake da postoje i druge rijetke i jedinstvene varijante koje utječu na sklonost shizofreniji. Daljnje povećanje uzoraka u eksperimentima pomoću sekvenciranja trebalo bi pomoći u pronalaženju nekih od njih. Međutim, iako proučavanje rijetkih varijanti još uvijek može dati neke vrijedne informacije (osobito će te informacije biti važne za razvoj staničnih i životinjskih modela shizofrenije), većina se znanstvenika sada slaže da rijetke varijante igraju samo manju ulogu u nasljednoj shizofreniji, a CV model puno bolje opisuje genetsku arhitekturu bolesti. Povjerenje u valjanost CV modela došlo je prvenstveno razvojem studija kao što je GWAS, o čemu ćemo detaljnije govoriti u drugom dijelu. Ukratko, studije ove vrste otkrile su vrlo čestu genetsku varijaciju koja predstavlja značajan dio nasljednosti shizofrenije koju bi mogao predvidjeti CV model.
Dodatna potpora CV modelu za shizofreniju je odnos između razine genetske predispozicije za shizofreniju i tzv. poremećaja spektra shizofrenije. Već su rani istraživači shizofrenije primijetili da među rođacima oboljelih od shizofrenije često ima ne samo drugih pacijenata sa shizofrenijom, već i "ekscentričnih" osoba s karakternim neobičnostima i simptomima sličnim shizofreniji, ali manje izraženim. Naknadno su takva opažanja dovela do pojma da postoji čitav niz bolesti koje karakteriziraju manje ili više izraženi poremećaji u percepciji stvarnosti. Ova skupina bolesti naziva se poremećaj spektra shizofrenije. osim razne forme shizofrenija uključuje sumanuti poremećaji, shizotipni, paranoidni i shizoidni poremećaji ličnosti, shizoafektivni poremećaj i neke druge patologije. Gottesman, predlažući svoj poligenski model shizofrenije, sugerirao je da ljudi s subthreshold vrijednostima osjetljivosti na bolest mogu razviti druge patologije spektra shizofrenije, a ozbiljnost bolesti korelira s razinom osjetljivosti.
Ako je ova hipoteza točna, logično je očekivati da će genetske varijante za koje je utvrđeno da su povezane sa shizofrenijom također biti obogaćene među osobama koje pate od poremećaja iz spektra shizofrenije. Za procjenu genetske predispozicije svake pojedine osobe koristi se posebna vrijednost koja se naziva poligenski rizični rezultat. Razina poligenog rizika uzima u obzir ukupni doprinos svih uobičajenih varijanti rizika identificiranih u GWAS-u koje su prisutne u genomu ova osoba, u predispoziciji za bolesti. Pokazalo se da, kao što predviđa CV model, vrijednosti razine poligenskog rizika koreliraju ne samo sa samom shizofrenijom (što je trivijalno), već i s drugim bolestima spektra shizofrenije, a više razine poligenskog rizika odgovaraju na teške vrste poremećaja.
Ipak, jedan problem ostaje - fenomen "starih očeva". Ako većina empirijskih dokaza podupire poligenski model shizofrenije, kako s njime možemo pomiriti dugo poznatu povezanost između dobi očinstva i rizika od razvoja shizofrenije kod djece?
Jednom je izneseno elegantno objašnjenje za ovaj fenomen u smislu modela životopisa. Pretpostavljalo se da kasno očinstvo i shizofrenija nisu uzrok i posljedica, već dvije posljedice zajednički uzrok, naime genetska predispozicija pokojnih očeva za shizofreniju. S jedne strane, visoka razina sklonosti shizofreniji kod zdravih muškaraca može biti u korelaciji s kasnijim očinstvom. S druge strane, jasno je da visoka predispozicija oca unaprijed određuje povećanu vjerojatnost da će njegova djeca razviti shizofreniju. Ispostavilo se da možemo baratati s dvije neovisne korelacije, što znači da nakupljanje mutacija u prethodnicima muških spermija možda nema gotovo nikakav učinak na razvoj shizofrenije kod njihovih potomaka. Nedavni rezultati modeliranja, uzimajući u obzir epidemiološke podatke, kao i svježe molekularne podatke o učestalosti de novo mutacije dobro se slažu s ovim objašnjenjem fenomena "starih očeva".
Dakle, u trenutno može se pretpostaviti da nema gotovo nikakvih uvjerljivih argumenata u korist "mutacijskog" RV modela shizofrenije. Dakle, ključ etiologije bolesti leži u tome koji određeni skup uobičajenih polimorfizama uzrokuje shizofreniju u skladu s CV modelom. Kako genetičari traže ovaj skup i što su već otkrili bit će tema drugog dijela naše priče.
Arkadij GolovSindrom nastaje zbog odsutnosti dijela genetskog materijala koji se nalazi na kratkom kraku 11. kromosoma. Uklanjanje dijela genetskog materijala naziva se brisanje. Brisanje dovodi do poraza onih funkcija koje su trebali obavljati izgubljeni geni.
Svi geni, s izuzetkom nekih koji se nalaze na spolnim kromosomima, prikazani su u duplikatu. Svaka osoba dobiva jedan dio gena od majke, a drugi identičan od oca. Oni su pak svoje parove gena dobili od roditelja. Genetski materijal se prenosi od roditelja putem reproduktivnih stanica. Spolne stanice (jajne stanice ili spermij) jedine su stanice u tijelu koje nose samo jednu kopiju genetskog materijala. Prije nego uđe genetski materijal spolna stanica, između dvije kopije gena dolazi do miješanja gena i kod svakog roditelja genetski materijal se postavlja u zametnu stanicu, što je mješavina materijala koji je on, pak, dobio od svojih roditelja. Novi život i oni će biti izmiješani prije nego što budu smješteni u reproduktivnu stanicu kako bi se stvorila sljedeća generacija. Taj se proces naziva crossing over. Javlja se između homolognih regija kromosoma tijekom stvaranja zametnih stanica. Kroz proces crossing overa, geni mogu stvoriti nove kombinacije. Ovo miješanje osigurava raznolikost novih generacija. Čemu služi? To je potrebno kako bi se osigurala generacijska varijabilnost, inače bismo to prenijeli na svoju djecu točne kopije kromosoma dobivenog od jednog od naših roditelja, generacijska bi varijabilnost bila krajnje ograničena, što bi učinilo biološka evolucija na Zemlji bilo bi izuzetno teško, pa bi time smanjilo šanse za preživljavanje. U trenutku kada se takvi procesi odvijaju, može se odvojiti komadić kromosoma i može doći do “brisanja”. Delecija je vrsta mutacije. Ako se dogodi prvi put, tada se takva mutacija naziva de novo mutacija (prva, početna). Osim mutacija koje su se prve pojavile u tijelu, postoje i mutacije koje su naslijeđene. De novo mutacija može se prenijeti na sljedeće generacije, nakon čega se više neće zvati de novo mutacija.
U WAGR sindromu, dio genetskog koda je uklonjen i nema dovoljno genetskog materijala.
U prirodi postoje suprotna stanja, kada se bolest manifestira zbog dodatne kopije genetskog materijala.
Manifestacija WAGR sindroma ovisi o tome koji su geni isključeni kao rezultat brisanja. Susjedni geni uvijek ispadaju. S WAGR-om se gen PAX6 i gen WT1 uvijek gube, što dovodi do tipična manifestacija bolesti. Točkaste mutacije u genu PAX6 dovode do aniridije, a mutacije u WT1 do Wilmsovog tumora. S WAGR-om nema mutacije ovih gena - sami geni su odsutni.
Osobe s WAGRO (dodano slovo O - pretilost) sindromom imaju oštećenje BDNF gena. Ovaj gen se izražava u mozgu i važan je u životu neurona. Protein koji nastaje pod utjecajem ovog gena najvjerojatnije je uključen u regulaciju sitosti, žeđi i tjelesne težine. Gubitak BDNF-a najvjerojatnije je povezan s pretilošću, koja počinje u djetinjstvo kod djece s WAGRO sindromom. Pacijenti s WAGRO imaju veći rizik neurološki problemi kao što je smanjena inteligencija, autizam. Nije u potpunosti proučeno je li ovaj rizik povezan upravo s gubitkom BDNF gena
Znamo nešto o genima koji su isključeni u WAGR sindromu:
WT1
WT1 je gen (Wilmsov tumorski gen) koji luči protein neophodan za normalan razvoj bubrezi i spolne žlijezde (jajnici u žena i testisi u muškaraca). U tim tkivima protein igra ulogu u staničnoj diferencijaciji i apoptozi. Kako bi se sve to postiglo, WT1 funkcionira tako da regulira aktivnost drugih gena tako što veže regije DNK.
Gen WT1 potreban je za supresiju Wilmsovog tumora. Postoji varijanta naziva gena Wilm's tumor tumor suppressor gene1 (gen koji suzbija razvoj Wilmsovog tumora).Njegova mutacija ili odsutnost dovodi do povećanog rizika od razvoja tumora.Upravo zbog vjerojatnosti uključenosti ovog gena kod WAGR sindroma potrebno je stalno praćenje stanja bubrega.
PAX6
PAX6 pripada obitelji gena koji igraju ključnu ulogu u razvoju organa i tkiva tijekom embrionalni razvoj. Članovi obitelji PAX važni su za normalno funkcioniranje različite stanice tijela nakon rođenja. Geni iz obitelji PAX uključeni su u sintezu proteina koji vežu specifične dijelove DNA i tako kontroliraju aktivnost drugih gena. Zbog ovog svojstva, PAX proteini se nazivaju transkripcijski faktori.
Tijekom embrionalnog razvoja protein PAX 6 aktivira gene uključene u razvoj očiju, mozga, leđne moždine i gušterače. PAX 6 je uključen u razvoj nervne ćelije olfaktorni trakt, koji su odgovorni za osjet mirisa. Trenutno značajka PAX 6 tijekom intrauterini razvoj Najvjerojatnije nije u potpunosti proučeno i s vremenom dobivamo nove činjenice. Jednom rođeni protein PAX6 regulira mnoge gene u oku.
Nedostatak funkcije gena PAX 6 dovodi do problema s očima koji se javljaju nakon rođenja.
BDNF
BDNF gen kodira protein koji se nalazi u mozgu i leđna moždina. Ovaj gen igra ulogu u rastu i sazrijevanju živčanih stanica. BDNF protein je aktivan u sinapsama u mozgu. Sinapse se mogu mijenjati i prilagođavati kao odgovor na iskustvo. BDNF protein pomaže regulirati sinaptičku varijabilnost, što je vrlo važno za učenje i pamćenje.
BDNF protein nalazi se u regijama mozga koje kontroliraju sitost, žeđ i tjelesnu težinu. Najvjerojatnije ovaj protein doprinosi tim procesima.
Ekspresija ovog gena smanjena je kod Alzheimerove, Parkinsonove i Huntingtonove bolesti, a ovaj gen može igrati ulogu u reakcijama na stres i bolestima poremećaja raspoloženja. Gen BDNF privukao je pažnju mnogih istraživača. Postoje studije koje proučavaju aktivnost BDNF proteina u mozgu ovisno o psihička vježba, prehrana, psihički stres i druga stanja. Djelovanje ovog proteina povezuje se s mentalnom aktivnošću i mentalnim stanjima te se pokušava utjecati na njegovu razinu.
Bio bih vam zahvalan ako biste me mogli uputiti nove informacije o ovom pitanju. Napišite sve u komentarima.
Bilješka:
Riječi protein i protein su sinonimi
Detekcija denovo mutacije u genu distrofina i njezino značenje za medicinsko genetsko savjetovanje u mišićna distrofija Duchenne
Muravleva E.A., Starodubova A.V., Pyshkina N.P., Duysenova O.S.
Znanstveni voditelj: doktor medicinskih znanosti Izv. Kolokolov O.V.
GBOU VPO Saratovsko državno medicinsko sveučilište nazvano po. U I. Razumovsky Ministarstvo zdravstva Ruske Federacije
Odjel za neurologiju, Pedagoški fakultet i PPS nazvan. K.N. Tretjakov
Uvod. Duchenneova mišićna distrofija (DMD) jedna je od najčešćih nasljednih neuromuskularnih bolesti. Prevalencija joj je 2-5:100 000 stanovnika, populacijska učestalost je 1:3500 novorođenih dječaka. Ovaj oblik mišićne distrofije prvi su opisali Edward Meryon (1852.) i Guillaume Duchenne (1861.).
Bolest je karakterizirana X-vezanim recesivnim tipom nasljeđivanja i teškim, progresivnim tijekom. DMD je uzrokovan mutacijom u genu za distrofin, čiji je lokus lokaliziran na Xp21.2. Oko 30% slučajeva uzrokovano je de novo mutacijama, 70% - nošenjem mutacije od strane majke probanda. Distrofin je odgovoran za povezivanje citoskeleta svakog mišićnog vlakna s osnovnom bazalnom laminom (izvanstaničnim matriksom) putem proteinskog kompleksa koji se sastoji od mnogih podjedinica. Nedostatak distrofina dovodi do prodiranja viška kalcija u sarkolemu ( stanična membrana). Mišićna vlakna su podvrgnuta nekrozi, mišićno tkivo se zamjenjuje masnim tkivom, kao i vezivnim tkivom.
Suvremena dijagnoza DMD-a temelji se na procjeni usklađenosti manifestacija bolesti s kliničkim, anamnestičkim i laboratorijsko-instrumentalnim (serumska kreatin-kinaza (SKK), elektroneuromiografija (ENMG), histokemijska pretraga mišićne biopsije) kriterijima, genealoškom analizom i molekularno-genetičkim. podaci istraživanja.
Provođenje medicinskog genetskog savjetovanja u mnogim današnjim obiteljima pomaže u sprječavanju rođenja bolesnog djeteta. Prenatalna DNK dijagnostika za rani stadiji trudnoće u obiteljima s djetetom koje boluje od DMD-a, omogućit će roditeljima odabir daljnje taktike i, eventualno, rani prekid trudnoće ako je bolest prisutna u fetusu.
U nekim slučajevima klinička slika uočeno kod žena koje su heterozigotne nositeljice mutiranog gena u obliku porasta mišiće potkoljenice, umjereno izražen slabost mišića, smanjenje tetivnih i periostalnih refleksa, prema parakliničkim studijama, povećava se razina CCS-a. Osim toga, klasične kliničke manifestacije DMD-a mogu se pojaviti u žena sa Shereshevsky-Turnerovim sindromom (genotip 45, XO).
Klinički primjer. U našoj klinici nalazi se dječak K., star 7 godina, koji se žali na slabost mišića ruku i nogu, umor pri dugom hodu. Djetetova majka primjećuje povremene padove, poteškoće pri penjanju stepenicama, poremećen hod (kao patka), poteškoće pri ustajanju iz sjedećeg položaja i povećanje volumena mišića potkoljenice.
Rani razvoj djeteta odvijao se bez ikakvih posebnosti. U dobi od 3 godine drugi su primijetili abnormalnosti motoričke funkcije u vidu poteškoća pri hodu po stepenicama i pri stajanju, dijete nije sudjelovalo u igrama na otvorenom i počelo se brzo umarati. Zatim se promijenio hod tipa "patka". Povećane su poteškoće pri ustajanju iz sjedećeg ili ležećeg položaja: "ljestve" se dižu korak po korak uz aktivnu upotrebu ruku. Postupno je postalo vidljivo povećanje volumena potkoljenice i nekih drugih mišića.
U neurološki pregled vodeći klinički znak je simetrična proksimalna periferna tetrapareza, izraženija u nogama (snaga mišića u proksimalnim dijelovima gornji udovi- 3-4 točke, u distalnom dijelu - 4 točke, u proksimalnim dijelovima Donji udovi- 2-3 boda, u distalnom - 4 boda). Hod se promijenio u "pačji" tip. Koristi pomoćne ("miopatske") tehnike, na primjer, ustajanje s ljestvama. Mišićni tonus smanjena, nema kontraktura. Hipotrofija mišića zdjelice i ramenog obruča. "Miopatske" značajke, na primjer u obliku širokog interskapularnog prostora. Postoji pseudohipertrofija mišića potkoljenice. Tetivni i periostalni refleksi - bez značajne razlike između strana; bicipitalni - niski, tricipitalni i karporadijalni - srednje živosti, koljeno i Ahilov - niski. Na temelju kliničkih podataka posumnjalo se na DMD.
Pri proučavanju CCS-a njegova je razina bila 5379 jedinica / l, što je 31 puta više od norme (norma je do 171 jedinica / l). Prema ENMG-u zabilježeni su znakovi koji su karakterističniji za umjereno tekući primarni mišićni proces. Dakle, dobiveni podaci potvrdili su prisutnost DMD-a u bolesnika.
Osim probanda, pregledani su njegovi roditelji i starija kćer Rodna sestra. Nitko od probandove rodbine kliničke manifestacije DMD nije primijećen. Međutim, majka je primijetila lagano povećanje volumena mišića potkoljenice. Prema genealoškoj analizi, proband je jedina bolesna osoba u obitelji. Istodobno, ne može se isključiti da su majka djeteta i sestra probanda heterozigotne nositeljice mutantnog gena (slika 1).
Riža. 1 Rodovnica
U sklopu medicinsko genetskog savjetovališta K.-ina obitelj je ispitana na prisutnost/odsutnost delecija i duplikacija u genu za distrofin. Molekularno genetička analiza u laboratoriju za DNA dijagnostiku Moskovskog državnog znanstvenog centra Ruske akademije medicinskih znanosti otkrila je deleciju egzona 45 u probandu K., što konačno potvrđuje utvrđeno klinička dijagnoza DMD. Kod majke nije identificirana delecija egzona 45 kod njenog sina. Kao rezultat analize, sestrina delecija egzona 45, identificirana kod njezinog brata, nije pronađena. Stoga, kod subjekta, mutacija najvjerojatnije ima de novo podrijetlo, ali također može biti rezultat germinalnog mozaicizma u majke. U skladu s tim, s de novo mutacijom, rizik od bolesnog djeteta kod majke bit će određen populacijskom učestalošću ove mutacije (1:3500, ‹‹1%), što je mnogo manje nego s X-vezanom recesivnom tip nasljeđa (50% dječaka). Budući da je nemoguće u potpunosti isključiti da mutacija može biti posljedica germinalnog mozaicizma, u kojem je narušeno nasljeđivanje prema Mendelovim zakonima, preporučuje se prenatalna dijagnoza tijekom naknadne trudnoće kod majke i sestre probanda.
Zaključak. Trenutno liječnik ima širok arsenal simptomatskih lijekova koji se koriste u liječenju DMD-a, međutim, unatoč napretku znanosti, etiološko liječenje MDD još nije razvijen, učinkoviti lijekovi Za nadomjesno liječenje ne postoji u DMD-u. Prema nedavnim istraživanjima matičnih stanica, postoje obećavajući vektori koji mogu zamijeniti oštećene. mišićna tkiva. Međutim, trenutno je to jedino moguće simptomatsko liječenje s ciljem poboljšanja kvalitete života bolesnika. S tim u vezi rana dijagnoza DMD igra važnu ulogu za pravovremeno provođenje medicinskog genetskog savjetovanja i odabir daljnje taktike planiranja obitelji. Za prenatalnu DNK dijagnozu, testiranje korionske biopsije (CVS) može se obaviti u 11-14 tjednu trudnoće, amniocenteza se može koristiti nakon 15 tjedana, a uzorkovanje fetalne krvi moguće je oko 18 tjedana. Ako se testiranje provodi u ranoj trudnoći, moguć je rani prekid trudnoće ako plod ima neku bolest. U nekim slučajevima preporučljivo je provesti preimplantacijsku DNK dijagnostiku nakon koje slijedi in vitro oplodnja.
Zaključci. Za pružanje rano otkrivanje i prevenciji DMD-a potrebno je šire koristiti metode molekularne genetičke dijagnostike; povećati budnost liječnika u praksi u vezi s ovom patologijom. Uz de novo mutaciju, rizik od bolesnog djeteta kod majke određen je populacijskom učestalošću mutacije gena distrofina. U slučajevima kada majka probanda nosi mutaciju, potrebna je prenatalna ili periimplantacijska DNK dijagnostika za planiranje obitelji.
