Detekcija de novo mutacije u genu za distrofin i njezino značenje za medicinsko genetsko savjetovanje kod Duchenneove mišićne distrofije (kliničko promatranje). medicinska genetika

16. POGLAVLJE ONTOGENEZA REPRODUKTIVNOG SUSTAVA I NJEGOVI POREMEĆAJI

POGLAVLJE 17 ZDRAVLJE, GENETSKO OPTEREĆENJE I NASLJEDNA PATOLOGIJA

18. POGLAVLJE METODE DIJAGNOSTIKE PRVOG STUPNJA NASLJEDNE PATOLOGIJE

19. POGLAVLJE METODE DIJAGNOSTIKE DRUGOG STUPNJA NASLJEDNE PATOLOGIJE

DIO 3. MOLEKULARNE BOLESTI S TRADICIONALNIM I NETRADICIONALNIM NASLJEĐEM. ODVOJENI RAZREDI I NOZOLOGIJE. PREVENCIJA NASLJEDNE PATOLOGIJE POGLAVLJE 21 MONOGENE BOLESTI

POGLAVLJE 27

5. POGLAVLJE VARIJABILNOST ORGANIZMA

5. POGLAVLJE VARIJABILNOST ORGANIZMA

Totalna informacija

Varijabilnost organizma je varijabilnost njegovog genoma, koja određuje genotipske i fenotipske razlike osobe i uvjetuje evolucijsku raznolikost njegovih genotipova i fenotipova (vidi 2. i 3. poglavlje).

Intrauterini razvoj embrija, embrija, fetusa, daljnji postnatalni razvoj ljudskog tijela (djetinjstvo, djetinjstvo, adolescencija, adolescencija, odrasla dob, starenje i smrt) odvijaju se u skladu s genetskim programom ontogeneze, formiranim tijekom spajanja genom majke i oca (vidi poglavlja 2 i 12).

Tijekom ontogeneze, genom organizma pojedinca i informacije kodirane u njemu prolaze stalne transformacije pod utjecajem čimbenika okoliš. Promjene koje su nastale u genomu mogu se prenositi s generacije na generaciju, uzrokujući varijabilnost karakteristika i fenotipa organizma kod potomaka.

Početkom XX. stoljeća. njemački zoolog W. Hacker izdvojio je pravac genetike posvećen proučavanju odnosa i odnosa između genotipova i fenotipova i analizi njihove varijabilnosti, te ga je nazvao fenogenetika.

Trenutno fenogenetika razlikuje dvije klase varijabilnosti: nenasljednu (ili modificiranu), koja se ne prenosi s generacije na generaciju, i nasljednu, koja se prenosi s generacije na generaciju.

Zauzvrat, nasljedna varijabilnost također može biti dvije klase: kombinativna (rekombinacija) i mutacija. Varijabilnost prve klase određuju tri mehanizma: slučajni susreti gameta tijekom oplodnje; crossing over, ili mejotička rekombinacija (razmjena jednakih dijelova između homolognih kromosoma u profazi prve diobe mejoze); nezavisna divergencija homolognih kromosoma do polova diobe tijekom stvaranja stanica kćeri tijekom mitoze i mejoze. Varijabilnost drugog

klasa je zbog točkastih, kromosomskih i genomskih mutacija (vidi dolje).

Razmotrimo redom različite klase i vrste varijabilnosti organizma različite faze njegov individualni razvoj.

Varijabilnost tijekom oplodnje gameta i početak funkcioniranja genoma novonastalog organizma

Genomi majke i oca ne mogu funkcionirati odvojeno jedan od drugog.

Samo dva roditeljska genoma, ujedinjena u zigotu, osiguravaju nastanak molekularnog života, nastanak novog stanje kvalitete- jedno od svojstava biološke tvari.

Na sl. Slika 23 prikazuje rezultate interakcije dvaju roditeljskih genoma tijekom oplodnje gameta.

Prema formuli oplodnje: zigota \u003d jaje + sperma, početak razvoja zigote je trenutak formiranja dvojnika (diploida) kada se susreću dva haploidna skupa roditeljskih gameta. Tada se rađa molekularni život i pokreće se lanac uzastopnih reakcija temeljenih najprije na ekspresiji gena genotipa zigote, a zatim na genotipovima somatskih stanica kćeri koje su iz nje nastale. Pojedini geni i skupine gena u sastavu genotipova svih tjelesnih stanica počinju se "uključivati" i "isključivati" tijekom provedbe genetskog programa ontogeneze.

Vodeću ulogu u zbivanjima koja se odvijaju ima jajna stanica koja u jezgri i citoplazmi ima sve što je potrebno za nukleaciju.

Riža. 23. Rezultati interakcije dvaju roditeljskih genoma tijekom oplodnje gameta (slike s www.bio.1september.ru; www.bio.fizteh.ru; www.vetfac.nsau.edu.ru, redom)

života i nastavka života strukturalne i funkcionalne komponente jezgre i citoplazme (esencija biološki matrijarhat). S druge strane, spermatozoid sadrži DNK i ne sadrži komponente citoplazme. Nakon što je prodrla u jajnu stanicu, DNA spermija dolazi u kontakt s njezinom DNA i tako se u zigoti “uključuje” glavni molekularni mehanizam koji funkcionira tijekom cijelog života organizma: interakcija DNA-DNA dva roditelja genoma. Strogo govoreći, genotip je aktiviran, predstavljen približno jednakim dijelovima nukleotidnih sekvenci DNA majčinog i očevog podrijetla (bez uzimanja u obzir mtDNA citoplazme). Pojednostavimo ono što je rečeno: početak molekularnog života u zigoti je kršenje stalnosti unutarnjeg okoliša jajeta (njegove homeostaze), a sav kasniji molekularni život višestanični organizam- želja da se uspostavi homeostaza izložena okolišnim čimbenicima ili ravnoteža između dva suprotna stanja: stabilnost S jedne strane i promjenjivost s drugom. To su uzročno-posljedične veze koje određuju nastanak i kontinuitet molekularnog života organizma tijekom ontogeneze.

Obratimo sada pozornost na rezultate i značaj varijabilnosti genoma organizma kao produkta evolucije. Prvo, razmotrite pitanje jedinstvenosti genotipa zigote ili matične stanice svih stanica, tkiva, organa i sustava tijela.

Sama oplodnja događa se slučajno: jednu žensku spolnu stanicu oplodi samo jedna muška spolna stanica od 200-300 milijuna spermija sadržanih u muškom ejakulatu. Očito je da se svako jaje i svaki spermij međusobno razlikuju po mnogim genotipskim i fenotipske osobine: prisutnost promijenjenih ili nepromijenjenih gena u sastavu i kombinacijama (rezultati kombinacijske varijabilnosti), različiti slijedovi sekvenci nukleotida DNA, različite veličine, oblik, funkcionalna aktivnost (pokretljivost), zrelost gameta itd. Upravo te razlike omogućuju govoriti o jedinstvenosti genoma bilo koje gamete i, posljedično, genotipa zigote i cijelog organizma: nasumična oplodnja gameta osigurava rođenje genetski jedinstveni organizam pojedinac.

Drugim riječima, molekularni život čovjeka (kao i život biološkog bića općenito) je "dar sudbine" ili, ako hoćete, "božji dar", jer umjesto dane jedinke s isti

vjerojatno bi mogao biti rođen genetski drugačiji - njegova braća i sestre.

Nastavimo sada razmišljati o ravnoteži između stabilnosti i varijabilnosti nasljednog materijala. U široki smisao, održavanje takve ravnoteže je istovremeno očuvanje i promjena (transformacija) stabilnosti nasljednog materijala pod utjecajem unutarnjih (homeostaza) i vanjskih čimbenika okoline (brzina reakcije). Homeostaza ovisi o genotipu zbog spajanja dvaju genoma (vidi sliku 23). Brzina reakcije određena je interakcijom genotipa s čimbenicima okoliša.

Norma i raspon reakcije

Specifičan način na koji organizam reagira na čimbenike okoliša naziva se norma reakcije. Upravo su geni i genotip odgovorni za razvoj i raspon modifikacija pojedinih svojstava i fenotipa cijelog organizma. U isto vrijeme, daleko od svih mogućnosti genotipa se ostvaruju u fenotipu; fenotip - poseban (za pojedinca) slučaj implementacije genotipa u specifičnim uvjetima okoline. Stoga se, primjerice, između jednojajčanih blizanaca s potpuno identičnim genotipovima (100% zajedničkih gena) otkrivaju uočljive fenotipske razlike ako blizanci odrastaju u različitim uvjetima okoliš.

Brzina reakcije može biti uska ili široka. U prvom slučaju, stabilnost zasebna značajka(fenotip) se čuva gotovo bez obzira na utjecaj okoline. Primjeri gena s uskom reakcijskom normom ili neplastični geni služe kao geni koji kodiraju sintezu antigena krvnih grupa, boje očiju, kovrčave kose, itd. Njihovo djelovanje je isto pod svim (sa životom kompatibilnim) vanjskim uvjetima. U drugom slučaju stabilnost pojedinog svojstva (fenotipa) mijenja se ovisno o utjecaju okoline. Primjer gena sa širokom stopom odgovora ili plastični geni- geni koji kontroliraju broj eritrocita u krvi (različiti za ljude koji idu uzbrdo i ljudi koji se spuštaju s planine). Još jedan primjer široke stope reakcije je promjena boje koža(sunčane opekline), povezane s intenzitetom i vremenom izlaganja ultraljubičastom zračenju na tijelu.

Kad smo već kod raspon reakcije, treba imati na umu fenotipske razlike koje se javljaju kod jedinke (njegov genotip) ovisno o

„osiromašeni“ ili „obogaćeni“ uvjeti okoliša u kojima se organizam nalazi. Prema definiciji I.I. Schmalhausen (1946.), "nisu osobine koje se nasljeđuju kao takve, već norma njihove reakcije na promjene u uvjetima postojanja organizama."

Dakle, norma i raspon reakcije su granice genotipske i fenotipske varijabilnosti organizma kada se promijene uvjeti okoline.

Također treba napomenuti da od unutarnji faktori Utječući na fenotipsku ekspresiju gena i genotip, spol i dob jedinke imaju određeno značenje.

Vanjski i unutarnji čimbenici koji određuju razvoj svojstava i fenotipova uključeni su u tri skupine glavnih čimbenika navedenih u poglavlju, uključujući gene i genotip, mehanizme međumolekulskih (DNA-DNA) i međugenskih interakcija između roditeljskih genoma te okolišne čimbenike.

Bez sumnje, osnova prilagodbe organizma uvjetima okoliša (osnova ontogeneze) je njegov genotip. Konkretno, jedinke s genotipovima koji ne osiguravaju supresiju negativnih učinaka patoloških gena i okolišnih čimbenika ostavljaju manje potomaka od onih jedinki koje neželjeni efekti su potisnuti.

Vjerojatno je da genotipovi održivijih organizama uključuju posebne gene (modifikatorske gene) koji suzbijaju djelovanje "štetnih" gena na način da aleli normalnog tipa postaju dominantni umjesto njih.

NENASLJEDNA VARIJABILNOST

Govoreći o nenasljednoj varijabilnosti genetskog materijala, ponovno ćemo razmotriti primjer široke norme reakcije - promjenu boje kože pod utjecajem ultraljubičasto zračenje. “Sunčanica” se ne prenosi s koljena na koljeno, tj. nije naslijeđen, iako su plastični geni uključeni u njegovu pojavu.

Na isti način, rezultati ozljeda se ne nasljeđuju, cicatricijalne promjene tkiva i sluznice u slučaju opeklinske bolesti, ozeblina, otrovanja i mnogih drugih znakova izazvanih djelovanjem samo čimbenika okoliša. Pritom treba naglasiti da su nenasljedne promjene ili modifikacije povezane s nasljednim

prirodna svojstva danom organizmu, jer se formiraju na pozadini određenog genotipa u specifičnim uvjetima okoliša.

Nasljedna kombinacijska varijabilnost

Kao što je navedeno na početku poglavlja, uz mehanizam slučajnih susreta gameta tijekom oplodnje, kombinacijska varijabilnost uključuje mehanizme crossing overa u prvoj diobi mejoze i neovisnu divergenciju kromosoma prema polovima diobe tijekom formiranja stanice kćeri tijekom mitoze i mejoze (vidi 9. poglavlje).

Crossing over u prvoj diobi mejoze

Kroz mehanizam prelazeći preko veza gena s kromosomom redovito je poremećena u profazi prve diobe mejoze kao posljedica miješanja (razmjene) gena očevog i majčinog podrijetla (slika 24.).

Početkom XX. stoljeća. na otvaranju prijelaza preko T.Kh. Morgan i njegovi studenti predložili su da se križanje između dva gena može dogoditi ne samo u jednoj, već iu dvije, tri (odnosno dvostruko i trostruko križanje) i više točaka. Suzbijanje križanja primijećeno je u područjima neposredno uz razmjenske točke; ovo potiskivanje se zove smetnje.

Na kraju su izračunali: za jednu mušku mejozu dolazi od 39 do 64 kijazme ili rekombinacije, a za jednu žensku do 100 hijazama.

Riža. 24. Shema crossing overa u prvoj diobi mejoze (prema Shevchenko V.A. et al., 2004):

a - sestrinske kromatide homolognih kromosoma prije mejoze; b - nalaze se tijekom pahitena (vidljiva je njihova spiralizacija); c - nalaze se tijekom diplotene i dijakineze (strelice označavaju mjesta crossing-over-chiasma, odnosno mjesta izmjene)

Kao rezultat toga, zaključili su da se veza gena s kromosomima stalno prekida tijekom crossing overa.

Čimbenici koji utječu na crossing over

Crossing over je jedan od redovitih genetskih procesa u tijelu, kojim upravljaju mnogi geni, kako izravno tako i putem fiziološkog stanja stanica tijekom mejoze, pa čak i mitoze.

Čimbenici koji utječu na križanje uključuju:

Homo- i heterogametni spol ( pričamo O mitotički crossing over kod mužjaka i ženki takvih eukariota kao što su Drosophila i svilena buba); prema tome, kod Drosophile, crossingover se odvija normalno; u svilenoj bubi - ili također normalno ili odsutno; kod ljudi pozornost treba obratiti na mješoviti ("treći") spol i posebno na ulogu križanja u anomalijama u razvoju spola kod muškog i ženskog hermafroditizma (vidi Poglavlje 16);

Struktura kromatina; na frekvenciju skretnice različitim područjima kromosomi utječe na raspodjelu heterokromatskih (centromerne i telomerne regije) i eukromatskih regija; posebno, u pericentromernim i telomernim regijama, učestalost crossing overa je smanjena, a udaljenost između gena, određena učestalošću crossing overa, možda neće odgovarati stvarnoj;

Funkcionalno stanje tijela; kako se dob povećava, stupanj spiralizacije kromosoma i brzina diobe stanica se mijenjaju;

Genotip; sadrži gene koji povećavaju ili smanjuju učestalost križanja; "Lakeri" potonjeg su kromosomske preraspodjele (inverzije i translokacije), koje ometaju normalnu konjugaciju kromosoma u zigotenu;

Egzogeni čimbenici: izloženost temperaturi, ionizirajućem zračenju i koncentriranim otopinama soli, kemijskim mutagenima, lijekovima i hormonima, u pravilu povećavaju učestalost crossing overa.

Učestalost mejotičkog i mitotičkog crossing overa i CHO ponekad se koristi za procjenu mutagenog učinka lijekova, karcinogena, antibiotika i drugih kemijskih spojeva.

Neravnopravno križanje

U rijetkim slučajevima, tijekom crossing overa, uočavaju se prekidi na asimetričnim točkama sestrinskih kromatida, te se one izmjenjuju

su odvojeni nejednakim dijelovima - ovo je nejednako križanje.

Istodobno, opisani su slučajevi kada se tijekom mitoze opaža mitotička konjugacija (neusklađenost) homolognih kromosoma i dolazi do rekombinacije između nesestrinskih kromatida. Ova pojava se zove konverzija gena.

Važnost ovog mehanizma ne može se precijeniti. Na primjer, kao rezultat neispravnog sparivanja homolognih kromosoma duž bočnih ponavljanja, može doći do udvostručenja (duplikacije) ili gubitka (delecije) regije kromosoma koja sadrži gen PMP22, što će dovesti do razvoja nasljednog autosomno dominantnog motorna senzorna neuropatija Charcot-Marie-Tous.

Nejednaki crossing over je jedan od mehanizama za nastanak mutacija. Na primjer, periferni protein mijelin kodiran je genom PMP22, koji se nalazi na kromosomu 17 i ima duljinu od oko 1,5 milijuna bp. Ovaj gen je okružen s dva homologna ponavljanja duga oko 30 kb. (ponavljanja se nalaze na bokovima gena).

Osobito mnogo mutacija kao rezultat nejednakog crossing overa događa se kod pseudogena. Tada se ili fragment jednog alela prenosi na drugi alel, ili se fragment pseudogena prenosi na gen. Na primjer, takva se mutacija uočava kada se sekvenca pseudogena prenese na gen 21-hidroksilaze (CYP21B) u adrenogenitalnom sindromu ili kongenitalna hiperplazija kore nadbubrežne žlijezde (vidi poglavlja 14 i 22).

Osim toga, zbog rekombinacija tijekom nejednakog crossing overa mogu nastati višestruki alelni oblici gena koji kodiraju antigene. HLA klasa ja

Neovisna divergencija homolognih kromosoma do diobenih polova tijekom stvaranja stanica kćeri tijekom mitoze i mejoze

Zbog procesa replikacije koji prethodi mitozi somatske stanice, ukupni broj nukleotidnih sekvenci DNA se udvostručuje. Stvaranje jednog para homolognih kromosoma dolazi od dva očeva i dva majčina kromosoma. Kada se ta četiri kromosoma rasporede u dvije stanice kćeri, svaka od stanica će dobiti po jedan očinski i majčin kromosom (za svaki par kromosoma), ali koji od ta dva, prvi ili drugi, nije poznato. Javlja se

slučajna raspodjela homolognih kromosoma. Lako je izračunati: zbog različitih kombinacija 23 para kromosoma, ukupan broj stanica kćeri bit će 2 23, odnosno više od 8 milijuna (8 χ 10 6) varijanti kombinacija kromosoma i gena smještenih na njima. Posljedično, s nasumičnim rasporedom kromosoma u stanice kćeri, svaka od njih će imati svoj jedinstveni kariotip i genotip (svoju verziju kombinacije kromosoma i gena povezanih s njima). Treba također uočiti mogućnost patološke distribucije kromosoma u stanice kćeri. Na primjer, pogađanje jedne od dvije stanice kćeri sa samo jednim kromosomom X (očevog ili majčinog podrijetla) dovest će do monosomije (Shereshevsky-Turnerov sindrom, kariotip 45, XO), pogađanje tri identična autosoma dovest će do trisomije (Downovi sindromi, 47, XY ,+21; Patau, 47,XX,+13 i Edwads, 47,XX,+18; vidi također poglavlje 2).

Kao što je navedeno u 5. poglavlju, dva očeva ili dva majčina kromosoma mogu istovremeno ući u jednu stanicu kćer - to je uniparentalna izodizomija za određeni par kromosoma: Silver-Russell sindrom (dva majčina kromosoma 7), Beckwith-Wiedemann (dva očeva kromosoma 11) , Angelman (dva očeva kromosoma 15), Prader-Willi (dva majčina kromosoma 15). Općenito, volumen poremećaja distribucije kromosoma doseže 1% svih kromosomski poremećaji u osobi. Ovi poremećaji su od velike evolucijske važnosti, jer stvaraju populacijsku raznolikost ljudskih kariotipova, genotipova i fenotipova. Štoviše, svaka patološka varijanta je jedinstven proizvod evolucije.

Kao rezultat druge mejotičke diobe nastaju 4 stanice kćeri. Svaki od njih će od sva 23 kromosoma dobiti ili jedan majčin ili očev kromosom.

Izbjeći moguće greške u našim daljnjim izračunima uzet ćemo kao pravilo: kao rezultat druge mejotičke diobe nastaje također 8 milijuna varijanti muške spolne stanice i 8 milijuna opcija ženske spolne stanice. Tada je odgovor na pitanje koliki je ukupni volumen varijanti kombinacija kromosoma i gena koji se nalaze na njima pri susretu dviju gameta sljedeći: 2 46 ili 64 χ 10 12 , tj. 64 bilijuna.

Nastanak ovakvog (teoretski mogućeg) broja genotipova pri susretu dviju gameta jasno objašnjava značenje heterogenosti genotipova.

Vrijednost kombinacijske varijabilnosti

Kombinativna varijabilnost važna je ne samo za heterogenost i jedinstvenost nasljednog materijala, već i za obnovu (popravak) stabilnosti molekule DNA kada su oba njezina lanca oštećena. Primjer je stvaranje jednolančane praznine DNK nasuprot nepopravljene lezije. Nastala praznina ne može se nepogrešivo ispraviti bez uključivanja normalnog lanca DNK u popravak.

Mutacijska varijabilnost

Uz jedinstvenost i heterogenost genotipova i fenotipova kao rezultat kombinacijske varijabilnosti, veliki doprinos varijabilnosti ljudskog genoma i fenomena daje nasljedna mutacijska varijabilnost i iz nje proizašla genetička heterogenost.

Varijacije u nukleotidnim sekvencama DNA mogu se čisto uvjetno podijeliti na mutacije i genetski polimorfizam(vidi poglavlje 2). U isto vrijeme, ako je heterogenost genotipa stalna (normalna) karakteristika varijabilnosti genoma, tada mutacijska varijabilnost- to je obično njegova patologija.

U prilog patološke varijabilnosti genoma svjedoče, na primjer, nejednako križanje, netočna divergencija kromosoma prema polovima diobe tijekom stvaranja stanica kćeri, prisutnost genetskih spojeva i alelni nizovi. Drugim riječima, nasljedna kombinacijska i mutacijska varijabilnost očituje se u čovjeka značajnom genotipskom i fenotipskom raznolikošću.

Razjasnimo terminologiju i razmotrimo opća pitanja teorija mutacije.

OPĆA PITANJA TEORIJE MUTACIJA

Mutacija postoji promjena strukturna organizacija, količina i/ili funkcioniranje nasljednog materijala i proteina koji su njime sintetizirani. Ovaj koncept prvi je predložio Hugh de Vries

godine 1901-1903 u svom djelu "Mutacijska teorija", gdje je opisao glavna svojstva mutacija. Oni:

Ustati iznenada;

Prenosi se s koljena na koljeno;

Nasljeđuje se dominantnim tipom (manifestira se kod heterozigota i homozigota) i recesivnim tipom (manifestira se kod homozigota);

Nije usmjeren ("mutira" bilo koji lokus, uzrokujući manje promjene ili utječući na vitalne znakove);

Po fenotipski izraz su štetni (većina mutacija), korisni (izuzetno rijetki) ili indiferentni;

Javljaju se u somatskim i zametnim stanicama.

Osim toga, iste se mutacije mogu ponavljati.

proces mutacije ili mutageneze, postoji kontinuirani proces nastanka mutacija pod utjecajem mutagena - okolišnih čimbenika koji oštećuju nasljedni materijal.

Prvi teorija kontinuirane mutageneze predložio je 1889. ruski znanstvenik sa Sveučilišta u Sankt Peterburgu S.I. Korzhinsky u svojoj knjizi "Heterogeneza i evolucija".

Kao što se danas općenito vjeruje, mutacije se mogu manifestirati spontano, bez vidljivih promjena. vanjski uzroci, ali pod utjecajem unutarnjih uvjeta u stanici i organizmu - ovo spontane mutacije ili spontana mutageneza.

Mutacije uzrokovane umjetno izlaganjem vanjski faktori fizičke, kemijske odn biološka priroda, su inducirane mutacije, ili inducirana mutageneza.

Najčešće mutacije nazivaju se velike mutacije(na primjer, mutacije u genima Duchenne-Becker miodistrofije, cistične fibroze, anemije srpastih stanica, fenilketonurije itd.). Sada su stvoreni komercijalni setovi koji vam omogućuju da automatski identificirate najvažnije od njih.

Novonastale mutacije nazivaju se nove mutacije ili mutacije. de novo. Na primjer, to uključuje mutacije koje su u podlozi brojnih autosomno dominantnih bolesti, kao što su ahondroplazija (10% slučajeva su obiteljski oblici), Recklinghausenova neurofibromatoza tipa I (50-70% su obiteljski oblici), Alzheimerova bolest, Huntingtonova koreja.

Mutacije iz normalnog stanja gena (osobine) u patološko stanje nazivaju se ravno.

Mutacije iz patološko stanje gen (osobina) do normalno stanje naziva se obrnuto ili reverzije.

Sposobnost preokreta prvi je put uspostavio 1935. N.V. Timofejev-Resovski.

Naknadne mutacije u genu koje potiskuju fenotip primarnog mutantnog nazivaju se supresor. Potiskivanje može biti intragenski(obnavlja funkcionalna aktivnost vjeverica; aminokiselina ne odgovara originalu, tj. nema prave reverzibilnosti) i ekstrageničan(struktura tRNA se mijenja, zbog čega mutantna tRNA uključuje drugu aminokiselinu u polipeptid umjesto one koju kodira defektni triplet).

Mutacije u somatskim stanicama nazivaju se somatske mutacije. Oni stvaraju patološke stanične klonove (skup patoloških stanica) i u slučaju istodobne prisutnosti normalnih i patoloških stanica u tijelu dovode do staničnog mozaicizma (npr. kod Albrightove nasljedne osteodistrofije izraženost bolesti ovisi o broj abnormalnih stanica).

Somatske mutacije mogu biti ili obiteljske ili sporadične (neobiteljske). Oni podupiru razvoj maligne neoplazme i procese preranog starenja.

Ranije se smatralo aksiomom da somatske mutacije nisu naslijeđene. Posljednjih godina dokazan je prijenos s koljena na koljeno nasljedne sklonosti 90% multifaktorijalnih oblika i 10% monogenih oblika raka, koji se očituju mutacijama somatskih stanica.

Mutacije u zametnim stanicama nazivaju se germinativne mutacije. Smatra se da su rjeđe od somatskih mutacija, da su u osnovi svih nasljednih i nekih prirođenih bolesti, da se prenose s koljena na koljeno, a mogu biti i obiteljske i sporadične. Najviše proučavano područje opće mutageneze je fizikalna i, posebno, radijacijska mutageneza. Svi izvori ionizirajućeg zračenja štetni su za ljudsko zdravlje, u pravilu imaju snažan mutageni, teratogeni i kancerogeni učinak. Mutageni učinak jedne doze zračenja mnogo je veći nego kod kroničnog zračenja; doza zračenja od 10 rad udvostručuje stopu mutacije kod ljudi. Dokazano je da ionizirajuće zračenje može izazvati mutacije koje dovode do

na nasljedne (kongenitalne) i onkološke bolesti i ultraljubičasto za induciranje pogrešaka replikacije DNA.

Najveća opasnost je kemijska mutageneza. U svijetu postoji oko 7 milijuna kemijskih spojeva. U nacionalnom gospodarstvu, u proizvodnji iu svakodnevnom životu, otprilike 50-60 tisuća kemijske tvari. Godišnje se u praksu uvodi oko tisuću novih spojeva. Od toga, 10% može izazvati mutacije. To su herbicidi i pesticidi (udio mutagena među njima doseže 50%), kao i niz lijekovi(neki antibiotici, sintetski hormoni, citostatici i sl.).

Još uvijek postoji biološka mutageneza. Biološki mutageni uključuju: strane proteine ​​cjepiva i seruma, viruse ( vodene kozice, ospice rubeola, poliomijelitis, herpes simplex, AIDS, encefalitis) i DNA, egzogeni čimbenici (nedostatak proteinske prehrane), spojevi histamina i njegovi derivati, steroidni hormoni (endogeni čimbenici). Pojačati učinak vanjskih mutagena komutageni(toksini).

U povijesti genetike postoje mnogi primjeri važnosti odnosa između gena i svojstava. Jedna od njih je klasifikacija mutacija ovisno o njihovom fenotipskom učinku.

Klasifikacija mutacija ovisno o njihovom fenotipskom učinku

Ovu klasifikaciju mutacija prvi je predložio 1932. G. Möller. Prema klasifikaciji dodijeljeni su:

amorfne mutacije. Ovo je stanje u kojem se osobina kontrolirana abnormalnim alelom ne pojavljuje jer abnormalni alel nije aktivan u usporedbi s normalnim alelom. Te mutacije uključuju gen za albinizam (11q14.1) i oko 3000 autosomno recesivnih bolesti;

antimorfne mutacije. U tom slučaju vrijednost svojstva kontroliranog patološkim alelom suprotna je vrijednosti svojstva kontroliranog normalnim alelom. Te mutacije uključuju gene oko 5-6 tisuća autosomno dominantnih bolesti;

hipermorfne mutacije. U slučaju takve mutacije, osobina koju kontrolira patološki alel je izraženija od osobine koju kontrolira normalni alel. Primjer - goethe-

rozigotni nositelji gena bolesti nestabilnosti genoma (vidi 10. poglavlje). Njihov broj je oko 3% svjetske populacije (gotovo 195 milijuna ljudi), a broj samih bolesti doseže 100 nosologija. Među tim bolestima su: Fanconijeva anemija, ataksija telangiektazija, pigmentna kserodermija, Bloomov sindrom, progeroidni sindromi, mnogi oblici raka itd. U isto vrijeme, učestalost raka u heterozigotnih nositelja gena za ove bolesti je 3-5 puta veća. nego u normi, a kod samih bolesnika (homozigota za ove gene) učestalost raka je deset puta veća od normalne.

hipomorfne mutacije. Ovo je stanje u kojem je ekspresija svojstva kontroliranog patološkim alelom oslabljena u usporedbi sa svojstvom kontroliranim normalnim alelom. Ove mutacije uključuju mutacije u genima za sintezu pigmenta (1q31; 6p21.2; 7p15-q13; 8q12.1; 17p13.3; 17q25; 19q13; Xp21.2; Xp21.3; Xp22), kao i više od 3000 oblika autosomno recesivne bolesti.

neomorfne mutacije. Za takvu se mutaciju kaže kada je svojstvo kontrolirano patološkim alelom različite (nove) kvalitete u usporedbi s svojstvom kontroliranim normalnim alelom. Primjer: sinteza novih imunoglobulina kao odgovor na prodor stranih antigena u tijelo.

Govoreći o trajnom značaju klasifikacije H. Möllera, treba napomenuti da su 60 godina nakon njezine objave fenotipski učinci točkastih mutacija podijeljeni u različite klase ovisno o njihovom učinku na strukturu proteinski proizvod gena i/ili razine njegove ekspresije.

Posebno, nobelovac Victor McKusick (1992) identificirao je mutacije koje mijenjaju sekvencu aminokiselina u proteinu. Pokazalo se da su one odgovorne za pojavu 50-60% slučajeva monogenih bolesti, a ostale mutacije (40-50% slučajeva) su mutacije koje utječu na ekspresiju gena.

Promjena aminokiselinskog sastava proteina očituje se u patološkom fenotipu, na primjer, u slučajevima methemoglobinemije ili anemije srpastih stanica zbog mutacije u genu za betaglobin. S druge strane, izolirane su mutacije koje utječu na normalnu ekspresiju gena. Oni dovode do promjene u količini genskog produkta i očituju se fenotipovima povezanim s nedostatkom jednog ili drugog proteina, na primjer,

u slučajevima hemolitička anemija, uzrokovan mutacijama gena lokaliziranih na autosomima: 9q34.3 (deficit adenilat kinaze); 12p13.1 (nedostatak trioza fosfat izomeraze); 21q22.2 (nedostatak fosfofruktokinaze).

Klasifikacija mutacija W. McKusicka (1992.) je, naravno, nova generacija klasifikacija. Istodobno, uoči njezina objavljivanja, klasifikacija mutacija ovisno o razini organizacije nasljednog materijala bila je široko priznata.

Klasifikacija mutacija ovisno o stupnju organizacije nasljednog materijala

Klasifikacija uključuje sljedeće.

Točkaste mutacije(kršenje strukture gena na njegovim različitim točkama).

Strogo govoreći, točkaste mutacije uključuju promjene u nukleotidima (bazama) jednog gena, što dovodi do promjene u količini i kvaliteti proteinskih proizvoda koje oni sintetiziraju. Promjene u bazama su njihove supstitucije, insercije, pomaci ili delecije, što se može objasniti mutacijama u regulatornim regijama gena (promotor, poliadenilacijsko mjesto), kao i u kodirajućim i nekodirajućim regijama gena (egzoni i introni, spajanje stranice). Bazne supstitucije dovode do tri vrste mutantnih kodona: missense mutacije, neutralne mutacije i besmislene mutacije.

Točkaste mutacije nasljeđuju se kao jednostavne Mendelove osobine. Česti su: 1 slučaj na 200-2000 rođenih je primarna hemokromatoza, nepolipozni karcinom debelog crijeva, Martin-Bellov sindrom i cistična fibroza.

Izuzetno rijetka (1:1 500 000) točkasta mutacija je teška kombinirana imunodeficijencija (SCID) koja je posljedica nedostatka adenozin deaminaze. Ponekad se točkaste mutacije ne formiraju pod utjecajem mutagena, već kao pogreške u replikaciji DNA. U isto vrijeme, njihova učestalost ne prelazi 1:10 5 -1:10 10, budući da se ispravljaju uz pomoć sustava za popravak stanica za gotovo

Strukturalne mutacije ili kromosomske aberacije (narušavaju strukturu kromosoma i dovode do stvaranja novih skupina povezivanja gena). To su delecije (gubici), duplikacije (udvostručavanja), translokacije (kretanja), inverzije (rotacija od 180°) ili insercije (umetanja) nasljednog materijala. Takve su mutacije karakteristične za somatske

stanice (uključujući matične stanice). Njihova učestalost je 1 na 1700 staničnih dioba.

Poznat je niz sindroma uzrokovanih strukturnim mutacijama. Najpoznatiji primjeri su: sindrom "mačjeg krika" (kariotip: 46, XX, 5p-), Wolff-Hirschhornov sindrom (46, XX, 4p-), translokacijski oblik Downovog sindroma (kariotip: 47, XY, t (14). ; 21) ).

Drugi primjer je leukemija. Kada se pojave, dolazi do kršenja ekspresije gena kao rezultat takozvane separacije (translokacije između strukturnog dijela gena i njegove regije promotora), pa je stoga poremećena sinteza proteina.

Genomski(numerički) mutacije- kršenje broja kromosoma ili njihovih dijelova (dovode do nastanka novih genoma ili njihovih dijelova dodavanjem ili gubitkom cijelih kromosoma ili njihovih dijelova). Podrijetlo ovih mutacija je zbog nerazdvajanja kromosoma u mitozi ili mejozi.

U prvom slučaju to su aneuploidi, tetraploidi s nepodijeljenom citoplazmom, poliploidi sa 6, 8, 10 parova kromosoma ili više.

U drugom slučaju, to je neodvajanje uparenih kromosoma koji su uključeni u stvaranje gameta (monosomija, trisomija) ili oplodnja jednog jajašca dvama spermatozoidima (dispermija ili triploidni embrij).

Njihovi tipični primjeri već su citirani više puta - to su Shereshevsky-Turnerov sindrom (45, XO), Klinefelterov sindrom (47, XXY), redovita trisomija u Downovom sindromu (47, XX, +21).

E.V. Tozliyan, pedijatrijski endokrinolog, genetičar, kandidat medicinskih znanosti, Odvojeni strukturni pododjel "Znanstveno-istraživački klinički institut za pedijatriju" SBEI HPE Rusko nacionalno istraživačko medicinsko sveučilište nazvano po. N.I. Pirogov Ministarstva zdravlja Ruske Federacije, Moskva Ključne riječi Ključne riječi: djeca, Noonanov sindrom, dijagnostika.
ključne riječi: djeca, Noonanov sindrom, dijagnostika.

U članku je opisan Noonanov sindrom (Ulrich-Noonanov sindrom, terneroidni sindrom s normalnim kariotipom) - rijedak kongenitalna patologija, nasljeđuje se autosomno dominantno, obiteljski je, ali ima i sporadičnih slučajeva. Sindrom ukazuje na prisutnost fenotipa karakterističnog za Shereshevsky-Turnerov sindrom kod žena i muškaraca s normalnim kariotipom. Predstavili kliničko promatranje. Složenost diferencijalne dijagnostičke pretrage, nedostatak svijesti kliničara o ovaj sindrom te važnost interdisciplinarnog pristupa.

Povijesne činjenice

Prvi put o neobičan sindrom spominje O. Kobylinski 1883. (slika 1).

najstariji poznati klinički slučaj Noonanov sindrom, koji je 1883. opisao O. Kobylinski

Bolest je 1963. godine opisala američka kardiologinja Jacqueline Noonan, izvijestivši o devet pacijenata sa stenozom valvule. plućna arterija, nizak rast, hipertelorizam, umjereni intelektualni pad, ptoza, kriptorhizam i poremećaji kostura. Dr. Noonan, koji je prakticirao kao pedijatar kardiolog na Sveučilištu u Iowi primijetio je da djeca s rijetkom vrstom srčane bolesti - stenozom plućnog zaliska - često imaju tipične fizičke anomalije u obliku niskog stasa, pterigoidnog vrata, široko postavljenih očiju i nisko postavljenih ušiju. Podjednako su se čudili i dječaci i djevojčice. dr. John Opitz, bivši student Noonan, prvi je uveo izraz "Noonanov sindrom" kako bi opisao stanje djece koja su imala znakove slične onima koje je opisao Noonan. Kasnije je Noonan napisao članak "Hipertelorizam s Turnerovim fenotipom", a 1971. godine naziv "Noonanov sindrom" službeno je priznat na simpoziju kardiovaskularnih bolesti.

Etiologija i patogeneza

Noonanov sindrom je autosomno dominantan poremećaj s promjenjivom ekspresijom (slika 1). Gen Noonanovog sindroma lokaliziran je na dugo rame kromosom 12. Ne može se isključiti genetska heterogenost sindroma. Opisani su sporadični i obiteljski oblici sindroma s autosomno dominantnim oblikom nasljeđivanja. U obiteljskim slučajevima, mutirani gen nasljeđuje se, u pravilu, od majke, jer zbog teških malformacija genitourinarni sustav muškarci s ovim stanjem često su neplodni. Većina prijavljenih slučajeva su sporadični, uzrokovani de novo mutacijama.

. Autosomno dominantni obrazac nasljeđivanja

Opisane kombinacije Noonanovog sindroma s neurofibromatozom tipa I u nekoliko obitelji dovele su do sugestije moguća veza dva neovisna lokusa 17q11.2 kromosoma 17. Neki pacijenti imaju mikrodelecije u lokusu 22q11 kromosoma 22; u ovim slučajevima kliničke manifestacije Noonanovi sindromi kombiniraju se s hipotireozom timusa i DiGeorgeovim sindromom. Brojni autori raspravljaju o uključenosti navodnih gena limfogeneze u patogenezu sindroma zbog prisutnosti facijalnih i somatskih anomalija sličnih Turnerovom sindromu i visoke učestalosti patologije. limfni sustav.

Najviše zajednički uzrok Noonanov sindrom je mutacija gena PTPN11 koja se nalazi u približno 50% pacijenata. Protein kodiran genom PTPN11 pripada obitelji molekula koje reguliraju odgovor eukariotskih stanica na vanjske signale. Najveći broj mutacije u Noonanovom sindromu lokalizirane su u egzonima 3, 7 i 13 gena PTPN11, koji kodiraju proteinske domene odgovorne za prijelaz proteina u aktivno stanje.

Moguće ideje o patogenezi predstavljene su sljedećim mehanizmima:

RAS-MAPK-put je vrlo važan način prijenos signala, putem kojeg izvanstanični ligandi - određeni čimbenici rasta, citokini i hormoni - stimuliraju staničnu proliferaciju, diferencijaciju, preživljavanje i metabolizam (slika 2). Nakon vezanja liganda, receptori na površini stanice su fosforilirani na mjestima svoje endoplazmatske regije. Ovo vezanje uključuje adapterske proteine ​​(npr. GRB2) koji tvore konstitutivni kompleks s čimbenicima izmjene guanin nukleotida (npr. SOS) koji pretvaraju neaktivni RAS vezan za GDP u njegov aktivni oblik vezan za GTP. Aktivirani RAS proteini zatim aktiviraju RAF-MEKERK kaskadu kroz niz reakcija fosforilacije. Kao rezultat toga, aktivirani ERK ulazi u jezgru kako bi promijenio transkripciju ciljnih gena i ispravio aktivnost endoplazmatskih ciljeva kako bi inducirao odgovarajuće kratkoročne i dugoročne stanične odgovore na podražaj. Svi geni uključeni u Noonanov sindrom kodiraju proteine ​​koji su sastavni dio ovog puta i mutacija izazivač bolesti, obično pojačavaju signal koji prolazi ovim putem.

. RAS-MAPK signalni put. Signali rasta prenose se aktiviranim receptorima faktora rasta do jezgre. Mutacije u PTPN11, KRAS, SOS1, NRAS i RAF1 povezane su s Noonanovim sindromom, a mutacije u SHOC2 i CBL povezane su s fenotipom sličnim Noonanovom sindromu.

Kliničke karakteristike Noonanovog sindroma

Fenotip bolesnika s Noonanovim sindromom nalikuje Turnerovom sindromu: kratak vrat s pterigoidnim naborom ili slab rast kose, nizak rast, hipertelorizam palpebralnih fisura (slika 2). Mikroanomalije lica uključuju antimongoloidnu inciziju palpebralnih fisura, lateralni kantus prema dolje, ptozu, epikantus, nisko postavljene ušne školjke, presavijeni uvojak ušne školjke, malokluzija, rascjep uvule mekano nepce, gotičko nebo, mikrognatija i mikrogenija. Prsni koš štitnjače s hipoplastičnim široko razmaknutim bradavicama, prsna kost u gornjem dijelu strši, a u donjem tone. Oko 20% pacijenata ima srednje tešku patologiju kostura. Najčešće deformacija lijevka prsa, kifoza, skolioza; rjeđe - smanjenje broja vratnih kralješaka i njihova fuzija, nalik anomalijama u Klippel-Feil sindromu.

. Fenotipovi Noonanovog sindroma

Bolesnici s Noonanovim sindromom obično imaju plavu, gustu, kovrčavu kosu s neobičnim krunskim rastom, često tamne mrlje na koži, hipertrihoza, degeneracija nokatnih ploča, anomalije u nicanju i rasporedu zuba, sklonost stvaranju keloidni ožiljci, povećana rastezljivost kože. Trećina bolesnika ima periferni limfedem, češće se limfedem šaka i stopala očituje u djece ranoj dobi. Čest znak je patologija vida (miopija, strabizam, umjereni egzoftalmus, itd.). Zastoj u rastu javlja se u otprilike 75% bolesnika, izraženiji je kod dječaka i obično je beznačajan. Zastoj u rastu očituje se u prvim godinama života, rjeđe postoji blagi manjak u rastu i težini pri rođenju. Od prvih mjeseci života dolazi do smanjenja apetita. Starost kostiju obično zaostaje za putovnicom.

Karakteristična značajka sindroma je jednostrani ili bilateralni kriptorhizam, koji se javlja u 70-75% muških bolesnika; u odraslih bolesnika azoospermija, oligospermija, degenerativne promjene testisi. Unatoč tome, pubertet nastupa spontano, ponekad s određenim zakašnjenjem. Kod djevojčica često postoji kašnjenje u formiranju menstruacije, ponekad - kršenja menstrualnog ciklusa. Plodnost može biti normalna u oba spola.

Mentalna retardacija se otkriva u više od polovice pacijenata, obično manje. Često se primjećuju značajke ponašanja, dezinhibicija, poremećaj pažnje. Govor je obično bolje razvijen od ostalih intelektualnih sfera. Stupanj intelektualnog pada nije u korelaciji s težinom somatski poremećaji[Marincheva G.S., 1988]. U izolirani slučajevi opisuje malformacije središnjeg živčani sustav(hidrocefalus, spinalne kile), tromboembolijski infarkti mozga, vjerojatno povezani s vaskularnom hipoplazijom.

poroci unutarnji organi s Noonanovim sindromom prilično su karakteristični. Najtipičnije su kardiovaskularne anomalije: valvularna stenoza plućna arterija (oko 60% bolesnika), hipertrofična kardiomiopatija(20–30%), strukturne anomalije mitralni zalistak, atrijski septalni defekti, tetralogija Fallot; koarktacija aorte opisana je samo u muških bolesnika.

U trećini pacijenata zabilježene su malformacije mokraćnog sustava (hipoplazija bubrega, udvostručenje zdjelice, hidronefroza, megaureter itd.).

Često se kod Noonanovog sindroma primjećuje pojačano krvarenje, posebno kod kirurške intervencije V usne šupljine i nazofarinksa. Nalaze se različiti nedostaci zgrušavanja: insuficijencija trombocitnog sustava, smanjenje razine faktora zgrušavanja, osobito XI i XII, povećanje tromboplastinskog vremena. Postoje izvješća o kombinaciji Noonanovog sindroma s leukemijom i rabdomiosarkomom, što može ukazivati ​​na blago povećanje rizika od zloćudnih bolesti kod ovih bolesnika.

Tablica 1 prikazuje značajke fenotipa u Noonanovom sindromu koje se mijenjaju s dobi bolesnika. Tablica 2 prikazuje korelaciju između fenotipa i genotipa u Noonanovom sindromu.

stol 1. Tipične crte lica u bolesnika s Noonanovim sindromom prema dobi

	Čelo, lice, kosa	Oči	uši	Nos	Usta	Vrat
Novorođenče*	Visoko čelo, niska linija kose u okcipitalnom području	Hipertelorizam, palpebralne fisure nagnute prema dolje, epikantalni nabor	–	Kratak i širok udubljen korijen, vrh okrenut prema gore	Duboko udubljen filtrum, visoki široki vrhovi cinober ruba usana, mikrognatija	Višak kože na stražnjoj strani glave
Grudi (2-12 mjeseci)	Velika glava, visoko i izbočeno čelo	Hipertelorizam, ptoza ili debeli spušteni kapci	–	Kratak i širok udubljen korijen	–	–
Dijete (1-12 godina)	Grube crte lica, dugo lice	–	–	–	–	–
Tinejdžer (12-18 godina)	Miopatsko lice	–	–	Most je visok i tanak	–	Očito formiranje nabora na vratu
Odrasli (>18 godina)	Izrazite crte lica su profinjene, koža djeluje tanko i prozirno	–	–	Izbočeni nazolabijalni nabor	–	–
Sve godine	–	Plave i zelene šarenice, obrve u obliku dijamanta	Niske, unatrag zakrenute uši s debelim naborima	–	–	–

* Značajke mogu biti blage ili odsutne.

tablica 2. Korelacije između genotipa i fenotipa u Noonanovom sindromu*

	Kardiovaskularni sustav	Visina	Razvoj	Koža i kosa	ostalo
PTPN11 (približno 50%)	Jače izražena stenoza plućno deblo; manje - hipertrofična kardiomiopatija i atrijski septalni defekt	Niži rast; niža koncentracija IGF1	Bolesnici s N308D i N308S imaju blagi pad ili normalnu inteligenciju	–	Jače izražena hemoragijska dijateza i juvenilna mijelomonocitna leukemija
SOS1 (približno 10%)	Manji defekt atrijalnog septuma	Viši rast	Manji pad inteligencije, zakašnjeli razvoj govora	Slično kardiokutanom sindromu lica	–
RAF1 (približno 10%)	Teža hipertrofična kardiomiopatija	–	–	Više mladeži, lentigo, mrlje od kave s mlijekom	–
KRAS (<2%)	–	–	Teže kognitivno kašnjenje	Slično kardio-kutano-facijalnom sindromu	–
NRAS (<1%)	–	–	–	–	–

* Postoci u zagradama su udio pacijenata s Noonanovim sindromom koji imaju mutacije.

Podaci iz laboratorijskih i funkcionalnih studija

Ne postoje specifični biokemijski markeri za dijagnozu Noonanovog sindroma. U nekih bolesnika smanjenje spontane noćne sekrecije hormona rasta uz normalan odgovor na farmakološke stimulacijske testove (klopelin i arginin), smanjenje razine somatomedina-C i smanjenje odgovora somatomedina na uvođenje hormona rasta su otkriveni.

Dijagnostički kriteriji

Dijagnoza "Noonanov sindrom" postavlja se na temelju kliničkih znakova, u nekim slučajevima dijagnoza se potvrđuje rezultatima molekularne genetske studije. Kriteriji za dijagnosticiranje sindroma uključuju prisutnost karakterističnog lica (s normalnim kariotipom) u kombinaciji s jednim od sljedećih: bolesti srca, niskog rasta ili kriptorhizma (u dječaka), odgođenog puberteta (u djevojčica). Da bi se otkrila kardiovaskularna patologija, potrebno je provesti ultrazvučni pregled srca s dinamičkim određivanjem veličine šupljina i stijenki ventrikula. Prenatalna dijagnoza bolesti moguća je uz pomoć ultrazvučnog praćenja, što omogućuje otkrivanje srčanih mana i anomalija u strukturi vrata.

Diferencijalna dijagnoza

Kod djevojčica se diferencijalna dijagnoza prvenstveno provodi s Turnerovim sindromom; Dijagnoza se može razjasniti citogenetskim pregledom. Fenotipski znakovi Noonanovog sindroma nalaze se u nizu drugih bolesti: Williamsov sindrom, LEOPARD sindrom, Dubovitzov, kardiofacijalno-kutani sindrom, Cornelia de Lange, Cohen, Rubinstein-Taybi itd. Točna identifikacija ovih bolesti bit će moguća tek pri provođenju molekularno genetičke studije svakog sindroma sa značajnim kliničkim materijalom koji se trenutno aktivno razvija.

Liječenje

Liječenje bolesnika s Noonanovim sindromom usmjereno je na otklanjanje nedostataka kardiovaskularnog sustava, normalizaciju mentalnih funkcija, poticanje rasta i spolnog razvoja. Za liječenje bolesnika s displazijom valvula plućne arterije, između ostalih metoda, uspješno se koristi balon valvuloplastika. Kako bi se potaknuo mentalni razvoj, koriste se nootropici i vaskularni agensi. Lijekovi usmjereni na poticanje spolnog razvoja indicirani su uglavnom za bolesnike s kriptorhizmom. Pripravci korionskog gonadotropina koriste se u dobnim dozama. U starijoj dobi - u prisutnosti hipogonadizma - pripravci testosterona. Posljednjih godina u liječenju bolesnika s Noonanovim sindromom koriste se rekombinantni oblici ljudskog hormona rasta. Klinički podaci potvrđuju povećanje razine somatomedina-C i specifičnog veznog proteina tijekom terapije. Konačna visina pacijenata koji primaju dugotrajnu terapiju hormonom rasta, u nekim slučajevima, premašuje prosječnu visinu članova obitelji.

Prognoza za život određuje ozbiljnost kardiovaskularne patologije.

Prevencija bolesti temelji se na podacima medicinskog genetskog savjetovališta.

Medicinsko genetsko savjetovanje

U medicinskom genetskom savjetovanju treba poći od autosomno dominantnog tipa nasljeđivanja i visokog (50%) rizika od recidiva bolesti u obitelji s nasljednim oblicima. Kako bi se utvrdila priroda vrste nasljeđa, potrebno je provesti temeljit pregled roditelja, budući da se sindrom može manifestirati s minimalnim kliničkim simptomima. Trenutno je razvijena molekularna genetička dijagnostika bolesti koja se unapređuje tipiziranjem mutacija u genima: PTPN11, SOS1, RAF1, KRAS, NRAS itd. Razvijaju se metode za prenatalnu dijagnostiku bolesti.

Kliničko promatranje

Dječak G., 9 godina (slika 3), bio je promatran u mjestu stanovanja od strane genetičara s dijagnozom kromosomske patologije?, Williamsov sindrom (neobičan fenotip, zadebljanje kvržica mitralnog zaliska, hiperkalcemija jednom svake 3 godine) ?.

. Osobitosti fenotipa djeteta s Noonanovim sindromom (izduženi kostur lica s "bucmastim obrazima", kratak vrat, pterigoidni nabori na vratu, skraćeni nos s nosnicama otvorenim prema naprijed, natečene usne, spuštena brada, antimongoloid incizija palpebralnih fisura, malokluzija, makrostomija)

Pritužbe na smanjeno pamćenje, umor, smanjene stope rasta.

Obiteljska povijest : roditelji su Rusi po nacionalnosti, nisu u krvnom srodstvu i nemaju profesionalne opasnosti, zdravi. Visina oca je 192 cm, visina majke je 172 cm U pedigreu slučajeva mentalnih bolesti, epilepsije, kašnjenja u razvoju nisu zabilježena.

Povijest života i bolesti : dječak iz 2. trudnoće (1. trudnoća - m/a), koja je cijelo vrijeme protjecala s prijetnjom prekida, praćena polihidramnijem. Porođaj je bio prvi, na vrijeme, brz, porođajna težina - 3400 g, dužina - 50 cm, odmah je vrisnuo, Apgar ocjena - 7/9 bodova. Pri rođenju, neonatolog je skrenuo pozornost na neobičan fenotip djeteta, preporučio proučavanje kariotipa, rezultat je 46, XY (normalni muški kariotip). Posumnjalo se na kongenitalnu hipotireozu, napravljen je pregled profila štitnjače, nalaz je uredan status štitnjače. Nadalje, dijete je promatrao genetičar s pretpostavljenom dijagnozom "Williamsov sindrom". Rano postnatalno razdoblje - bez obilježja. Motorički razvoj prema dobi, prve riječi - do godine, frazni govor - u 2 godine i 3 mjeseca.

U dobi od 8 godina bio je kod endokrinologa zbog smanjenog rasta, umora i smanjenog pamćenja. Rentgenski pregled šaka otkrio je umjereno zaostajanje koštane dobi (BC) u odnosu na putovnicu (BC je odgovarao 6 godina). Studija profila štitnjače otkrila je umjereno povećanje hormona koji stimulira štitnjaču s normalnom razinom slobodnog T4 i drugim pokazateljima; Ultrazvuk štitnjače - bez patologije. Propisana je hormonska terapija, a zatim dinamičko promatranje.

Uzimajući u obzir nesigurnost dijagnoze u mjestu stanovanja, genetičar je dijete uputio u Moskovski regionalni savjetodavni i dijagnostički centar za djecu kako bi razjasnio dijagnozu.

Podaci objektivnog istraživanja:

Visina - 126 cm, težina - 21 kg.

Tjelesni razvoj ispodprosječan, skladan. Sds rasta odgovara -1 (normalno -2 + 2). Značajke fenotipa (slika 3): izduženi kostur lica s "bucmastim obrazima", kratak vrat, pterigoidni nabori na vratu, nizak rast dlaka na vratu, kratki nos s nosnicama otvorenim prema naprijed, napuhane usne, nagnuta brada, antimongoloidni rez palpebralne fisure, malokluzija, makrostomija, hipertelorizam bradavica, asimetrija prsnog koša, nepotpuna kožna sindaktilija 2. ili 3. prsta na stopalima, izražena hipermobilnost interfalangealnih zglobova, lomljivi, suhi nokti. Na unutarnjim organima - bez obilježja. Spolni razvoj - Tanner I (što odgovara pretpubertetskom razdoblju).

Podaci iz laboratorijskih i funkcionalnih studija:

Klinička analiza krvi i urina je norma.

Biokemijska analiza krvi - pokazatelji unutar normalnog raspona.

Profil štitnjače (TSH) - 7,5 μIU / ml (normalno - 0,4-4,0), ostali pokazatelji su normalni.

Somatotropni hormon (STH) - 7 ng / ml (norma - 7-10), somatomedin-C - 250 ng / ml (norma - 88-360).

Ultrazvuk štitnjače - bez patologije.

Ultrazvuk unutarnjih organa - bez obilježja.

EKG - sinusna tahikardija, normalan položaj električne osi srca.

Ehokardiografija - MVP 1. stupnja s minimalnom regurgitacijom, miksomatoznim zadebljanjem kvržica mitralnog zaliska, dodatnom akordom u šupljini lijeve klijetke.

R-grafija kralježnice - desnostrana skolioza torakalne kralježnice I stupnja.

R-grafija šaka s hvatanjem podlaktica - koštana dob 7–8 godina.

EEG obrasci epileptičke aktivnosti nisu registrirani.

MRI mozga - bez patoloških promjena.

Audiogram - bez patologije.

DNA dijagnostika: molekularno genetička studija - nisu otkrivene delecije proučavanih lokusa kritične regije kromosoma 7; Nađena je mutacija Gly434Ary (1230G>A) u 11. egzonu gena SOS1 (analiza gena PTPN11 - nisu nađene mutacije), što je tipično za Noonanov sindrom.

Stručni savjet:

Endokrinolog- subklinička hipotireoza, nepotpuna nadoknada lijeka.

Optometrista- astigmatizam.

Neurolog- vegetativna distonija. neurotske reakcije.

Kardiolog- funkcionalna kardiopatija.

Ortopedski kirurg- kršenje držanja. Deformacija prsnog koša.

Genetičar Noonanov sindrom.

Uzimajući u obzir fenotip djeteta, podatke o anamnezi, rezultate dodatnih studija, postavljena je dijagnoza Noonanovog sindroma, što je potvrđeno rezultatom molekularne genetske studije.

Dakle, prikazano kliničko opažanje pokazuje složenost diferencijalno dijagnostičkog pretraživanja, potrebu integriranja pojedinih znakova u opći fenotip pojedinog patološkog stanja radi ciljane pravovremene dijagnoze pojedinih oblika nasljednih bolesti, te važnost molekularno-genetičkih metoda za razjašnjenje dijagnoza. Pravovremena dijagnoza, pojašnjenje geneze svakog sindroma posebno su važni, jer vam omogućuju pronalaženje najboljeg pristupa liječenju ovih stanja, prevenciju mogućih komplikacija (sve do invaliditeta djeteta); prevencija ponovne pojave nasljednih bolesti u oboljelim obiteljima (medicinsko genetsko savjetovanje). To diktira potrebu da liječnici različitih specijalnosti jasno upravljaju tijek nasljedne patologije.

Bibliografija:

1. Baird P., De Jong B. Noonanov sindrom (XX i XY Turnerov fenotip) u tri generacije obitelji // J. Pediatr., 1972., sv. 80, str. 110–114 (prikaz, stručni).
2. Hasegawa T., Ogata T. i sur. Koarktacija aorte i bubrežna hupoplazija u dječaka s Turner/Noonan površinskim anomalijama i kariotipom 46, XY: klinički model za moguće oštećenje navodnog limfogenog gena(a) za Turner somatske stigme // Hum. Genet., 1996., sv. 97, str. 564–567 (prikaz, stručni).
3. Fedotova T.V., Kadnikova V.A. et al. Kliničko-molekularno-genetička analiza Noonanovog sindroma. Materijali VI kongresa Ruskog društva medicinske genetike. Medicinska genetika, Dodatak broju 5, 2010., str.184.
4. Ward K.A., Moss C., McKeown C. Kardio-facio-kutani sindrom: manifestacija Noonanovog sindroma? // Br. J. Dermatol., 1994, sv. 131, str. 270–274 (prikaz, stručni).
5. Municchi G., Pasquino A.M. et al. Liječenje hormonom rasta u Noonanovom sindromu: izvješće o četiri slučaja koji su dosegli konačnu visinu // Horm. Res., 1995, sv. 44, str. 164–167 (prikaz, stručni).

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 ju je liječiti – sada postoje samo lijekovi koji suzbijaju tzv. pozitivni simptomi (poput delirija), ali ne pomažu vratiti osobu u 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 se posljednjih godina činilo da se stvari konačno pokrenule s mrtve točke. Već smo govorili o povijesti otkrića shizofrenije i prvim rezultatima njezina proučavanja neurofiziološkim metodama. Ovaj put ćemo govoriti o tome kako znanstvenici traže genetske uzroke bolesti.

Važnost ovog rada nije čak ni u tome što gotovo svaki stoti čovjek na planeti boluje od shizofrenije, već bi napredak u tom području trebao barem radikalno pojednostaviti dijagnozu, čak i ako nije moguće odmah stvoriti dobar lijek. Važnost genetičkih istraživanja leži u činjenici da ona već mijenjaju naše razumijevanje temeljnih mehanizama nasljeđivanja složenih svojstava. Ako znanstvenici ipak uspiju shvatiti kako se tako složena bolest kao što je shizofrenija može “skriti” u našoj DNK, to će značiti 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. Zahvaća oko 50 milijuna ljudi diljem svijeta (nešto manje od 1% stanovništva). Bolest je praćena apatijom, bezvoljnošću, često halucinacijama, delirijem, dezorganizacijom mišljenja i govora te motoričkim poremećajima. Simptomi obično uzrokuju socijalnu izolaciju i smanjenu izvedbu. Povećani rizik od samoubojstva kod pacijenata sa shizofrenijom, kao i popratne somatske bolesti, dovodi do činjenice da se njihov ukupni životni vijek smanjuje za 10-15 godina. Osim toga, pacijenti sa shizofrenijom imaju manje djece: muškarci imaju prosječno 75 posto, žene - 50 posto.

Posljednjih pola stoljeća bilo je vrijeme brzog napretka u mnogim područjima medicine, ali taj napredak jedva da je utjecao na prevenciju i liječenje shizofrenije. Posljednje, ali ne manje važno, to je zbog činjenice da još uvijek nemamo jasnu predodžbu o kršenju kojih bioloških procesa je uzrok razvoja bolesti. Ovo nerazumijevanje značilo je da od uvođenja prvog antipsihotika klorpromazina (trgovački naziv: Aminazin) na tržište prije više od 60 godina nije došlo do kvalitativne promjene u liječenju bolesti. Svi trenutno odobreni antipsihotici za liječenje shizofrenije (i tipični, uključujući klorpromazin i atipični) imaju isti glavni mehanizam djelovanja: smanjuju aktivnost dopaminskih receptora, što eliminira halucinacije i deluzije, ali, nažalost, slabo utječe na negativne simptomi poput apatije, nedostatka volje, poremećaja mišljenja itd. Nuspojave i ne spominjemo. Uobičajeno razočarenje u istraživanju shizofrenije je to što su farmaceutske tvrtke dugo smanjivale financiranje za antipsihotike, iako ukupan broj kliničkih ispitivanja nastavlja rasti. 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 htjela uklopiti u okvire jednostavnih Mendelovih modela. Unatoč visokoj nasljednosti, nije ga bilo moguće povezati s jednim ili više gena, stoga su sredinom stoljeća takozvane "sinteze" počele postajati sve popularnije. 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 potrajala. 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 nekog znaka - u ovom slučaju razvoja bolesti - kod jednojajčanih i dvojajčanih blizanaca. Budući da razlika u utjecaju okoline na blizance ne ovisi o tome jesu li jednojajčani ili dvojajčani, razlike u tim vjerojatnostima uglavnom bi trebale proizaći iz činjenice da su jednojajčani blizanci genetski identični, dok dvojajčani blizanci imaju u prosjeku samo polovicu uobičajene 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 vjerojatnošću od 50 posto. 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. Za usporedbu, visina i indeks tjelesne mase nasljeđuju se na gotovo 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 četiri ostale glavne mentalne bolesti: poremećaj pažnje i hiperaktivnosti, bipolarni poremećaj i autizam.

Rezultati istraživanja blizanaca u potpunosti su potvrđeni u istraživanju 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 jako naslijeđena i istovremeno ima vrlo negativan učinak na sposobnost nositelja (podsjetimo se da oboljeli od shizofrenije ostavljaju barem upola manje potomstva nego zdravi ljudi), kako onda uspijeva ostati u populaciji najmanje ? Ova kontradikcija, oko koje se u mnogočemu odvija glavna borba između različitih teorija, nazvana je "evolucijski paradoks shizofrenije".

Donedavno je znanstvenicima bilo potpuno nejasno koje su specifične značajke genoma pacijenata sa shizofrenijom predodređene za razvoj bolesti. Desetljećima se vodi žestoka rasprava ne čak ni o tome koji su geni promijenjeni kod oboljelih od shizofrenije, nego o tome kakva je opća genetska "arhitektura" bolesti.

To znači sljedeće. Genomi pojedinih ljudi međusobno su vrlo slični, a razlike su u prosjeku manje od 0,1 posto nukleotida. Neka od ovih razlikovnih obilježja genoma prilično su raširena 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 svakog od ljudi postoje i druge genetske značajke - mlađe i rjeđe. 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. Umjesto toga, kao rezultat kontinuiranog procesa mutacije, pojavljuju se druge nove štetne varijante. Ukratko, učestalost bilo koje od novih mutacija gotovo nikad 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 se oko ovog pitanja donedavno 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. Prikazana je normalna distribucija predispozicije iscrtana na vodoravnoj osi. 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 malom efektivnom veličinom, gdje utjecaj slučajnosti nije manje važan od selekcijskog pritiska - to uključuje populaciju naše vrste.

S druge strane, iznesene su pretpostavke o prisutnosti u slučaju shizofrenije tzv. balansirajuća selekcija, tj. pozitivan učinak "shizofrenih polimorfizama" na zdrave kliconoše. Nije to tako teško zamisliti. Poznato je, na primjer, da shizoidne osobe s visokom genetskom predispozicijom za shizofreniju (kojih ima mnogo među bliskim rođacima pacijenata) karakterizira povećana razina kreativnih sposobnosti, što može malo povećati njihovu prilagodbu (ovo je već bilo prikazano u nekoliko radova). Populacijska genetika dopušta situaciju u kojoj pozitivan učinak uzročnih varijanti kod zdravih nositelja može nadmašiti negativne posljedice za one ljude koji imaju previše ovih "dobrih mutacija", koje su dovele do razvoja bolesti.

Drugi osnovni model genetske arhitekture shizofrenije je 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 jakim selekcijskim pritiskom 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 vodimo ovim modelom, onda moramo 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". Za one koji boluju od ovog sindroma karakteristični su teški poremećaji kognitivnih funkcija i imuniteta, često praćeni hipokalcijemijom, te problemi sa srcem i bubrezima. Četvrtina ljudi s DiGeorgeovim sindromom razvije shizofreniju. Bilo bi primamljivo sugerirati da su drugi slučajevi shizofrenije posljedica sličnih genetskih poremećaja s katastrofalnim posljedicama.

Još jedno empirijsko opažanje koje neizravno podupire tu ulogu de novo mutacije u etiologiji shizofrenije je odnos rizika od obolijevanja 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. de novo mutacije. Takva je veza, primjerice, odavno utvrđena za sporadične slučajeve druge (monogene) nasljedne bolesti - ahondroplazije. Ova je korelacija nedavno potvrđena gore spomenutim podacima sekvenciranja tripleta: 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 ima preko 50. Odnosno broj de novo mutacija u genomu djeteta povećava se za dvije sa svakom godinom očevog života.

Zajedno, čini se da ti podaci prilično jasno ukazuju na ključnu ulogu de novo mutacije u etiologiji shizofrenije. Međutim, situacija se zapravo pokazala puno kompliciranijom. Čak i nakon razdvajanja dviju glavnih teorija, desetljećima je genetika shizofrenije stagnirala. Gotovo nikakvi pouzdani ponovljivi dokazi nisu dobiveni u korist jednog od njih. Niti o općoj genetskoj arhitekturi bolesti, niti o specifičnim varijantama koje utječu na rizik od razvoja bolesti. Nagli skok dogodio se u posljednjih 7 godina i povezan je prvenstveno s tehnološkim iskoracima.

U potrazi za genima

Sekvenciranje prvog ljudskog genoma, naknadno poboljšanje tehnologija sekvenciranja, a zatim pojava i široko uvođenje visokoučinkovitog sekvenciranja konačno su omogućili stjecanje više ili manje potpunog razumijevanja strukture genetske varijabilnosti u ljudskoj populaciji. Ove nove informacije odmah su se počele koristiti za sveobuhvatnu potragu za genetskim determinantama predispozicije za određene bolesti, uključujući shizofreniju.

Slične studije strukturirane su ovako. Prvo se prikuplja uzorak nepovezanih bolesnih ljudi (slučajevi) i uzorak nepovezanih zdravih pojedinaca (kontrole) približno iste veličine. Svi ti ljudi određeni su prisutnošću određenih genetskih varijanti – upravo u zadnjih 10 godina istraživači imaju priliku determinirati ih na razini čitavih genoma. Zatim se uspoređuje učestalost pojavljivanja svake od identificiranih varijanti između skupina oboljelih i kontrolne skupine. Ako je u isto vrijeme moguće pronaći statistički značajno obogaćivanje jedne ili druge varijante u nositeljima, to se naziva asocijacija. Dakle, među golemim brojem postojećih genetskih varijanti su one koje su povezane s razvojem bolesti.

Važna mjera koja karakterizira učinak varijante povezane s bolešću je OD (odds ratio), koji se definira kao omjer šansi za obolijevanje kod nositelja ove varijante u usporedbi s onima koji je 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. Pritom, što je OD bliži jedinici za danu varijantu, to je veći uzorak potreban da bi se pouzdano potvrdilo da povezanost stvarno postoji – da ta genetska varijanta stvarno utječe na razvoj bolesti.

Takav rad sada je omogućio otkrivanje više od desetak submikroskopskih delecija i duplikacija povezanih sa shizofrenijom u cijelom genomu (nazivaju se CNV - varijacije broja kopija, jedan od CNV-ova upravo uzrokuje DiGeorgeov sindrom koji nam je već poznat). Za CNV-ove za koje je utvrđeno da uzrokuju shizofreniju, OD se kreće od 4 do 60. To su visoke vrijednosti, ali zbog svoje izuzetne rijetkosti, čak i ukupno, sve one objašnjavaju samo vrlo mali dio nasljednosti shizofrenije u populacija. Što je odgovorno za razvoj bolesti kod svih ostalih?

Nakon relativno neuspješnih pokušaja pronalaska CNV-a koji bi uzrokovali razvoj bolesti ne u nekoliko rijetkih slučajeva, već kod značajnog dijela populacije, pristaše modela "mutacije" polagale su velike nade u drugu vrstu eksperimenta. Oni uspoređuju kod pacijenata sa shizofrenijom i zdravih kontrolnih skupina ne prisutnost masivnih genetskih preraspodjela, već kompletne sekvence genoma ili egzoma (ukupnost 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.

Pojeftinjenje sekvenciranja posljednjih je godina omogućilo provođenje eksperimenata ove vrste na prilično velikim uzorcima, uključujući nekoliko tisuća pacijenata i isti broj zdravih kontrola u nedavnim studijama. Kakav je rezultat? Nažalost, do sada je pronađen samo jedan gen u kojem su rijetke mutacije pouzdano povezane sa shizofrenijom - to je gen SETD1A, koji kodira jedan od važnih proteina uključenih u regulaciju transkripcije. Kao iu slučaju CNV-a, problem je 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 prikazu, crveni trokuti prikazuju neke od do sada identificiranih CNV-ova povezanih s bolešću, plavi krugovi prikazuju SNP-ove iz GWAS-a. Rez pokazuje područja rijetkih i čestih genetskih varijanti u istim koordinatama.

Postoje naznake da postoje i druge rijetke i jedinstvene varijante koje utječu na sklonost shizofreniji. Daljnje povećanje broja uzoraka u eksperimentima koji koriste sekvenciranje trebalo bi pomoći da se neki od njih pronađu. Međutim, dok proučavanje rijetkih varijanti još uvijek može dati neke vrijedne informacije (osobito će te informacije biti važne za stvaranje staničnih i životinjskih modela shizofrenije), većina se znanstvenika sada slaže da rijetke varijante igraju samo manju ulogu u nasljednosti. shizofrenija i CV model puno bolje opisuje genetsku arhitekturu bolesti. Povjerenje u ispravnost CV modela došlo je prije svega razvojem studija tipa GWAS, o čemu ćemo detaljnije govoriti u drugom dijelu. Ukratko, studije ove vrste otkrile su vrlo uobičajenu genetsku varijabilnost koja opisuje veliki udio nasljednosti shizofrenije, čije je postojanje bilo predviđeno CV modelom.

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 pacijenata sa shizofrenijom često postoje ne samo drugi pacijenti sa shizofrenijom, već i "ekscentrične" ličnosti s neobičnim karakterom i simptomima sličnim shizofrenijim, 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 različitih oblika shizofrenije, to uključuje sumanute poremećaje, shizotipske, paranoidne i shizoidne poremećaje osobnosti, shizoafektivni poremećaj i neke druge patologije. Gottesman, predlažući svoj poligenski model shizofrenije, sugerirao je da ljudi s podpražnim vrijednostima predispozicije za bolest mogu razviti druge patologije shizofrenog spektra, a težina bolesti korelira s razinom predispozicije.

Ako je ova hipoteza točna, bilo bi logično pretpostaviti da bi genetske varijante za koje je utvrđeno da su povezane sa shizofrenijom također bile obogaćene među osobama s poremećajima iz spektra shizofrenije. Za procjenu genetske predispozicije svakog pojedinca koristi se posebna vrijednost koja se naziva razina poligenskog rizika (polygenic risk score). Razina poligenog rizika uzima u obzir ukupan doprinos svih uobičajenih varijanti rizika identificiranih u GWAS-u, prisutnih u genomu određene osobe, predispoziciji za bolest. 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.

A ipak ostaje jedan problem – fenomen “starih očeva”. Ako većina empirijskih dokaza podupire poligenski model shizofrenije, kako s njime pomiriti davno utvrđenu povezanost između dobi očinstva i rizika od razvoja shizofrenije kod djece?

Jednom je izneseno elegantno objašnjenje ovog fenomena u smislu modela životopisa. Pretpostavlja se da kasno očinstvo i shizofrenija nisu uzrok i posljedica, već su dvije posljedice zajedničkog uzroka, naime genetske predispozicije kasnih 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 nikakvog učinka 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 ovom trenutku možemo pretpostaviti da gotovo da nema 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 Golov

Svi tjelesni proteini zapisani su u staničnoj DNK. Samo 4 vrste nukleinskih baza - i bezbrojne kombinacije aminokiselina. Priroda se pobrinula da svaki kvar ne bude kritičan i da ga učini suvišnim. Ali ponekad se distorzija ipak uvuče. To se zove mutacija. Ovo je kršenje u snimanju DNK koda.

Korisno - rijetko

Većina ovih distorzija (više od 99%) je negativna za organizam, što teoriju evolucije čini neodrživom. Preostalih jedan posto ne može osigurati prednost, jer svaki mutirani organizam ne daje potomstvo. Doista, u prirodi nema svatko pravo na reprodukciju. Mutacije stanica češće se javljaju kod mužjaka – a mužjaci, kao što znate, češće umiru u prirodi ne dajući potomstvo.

Žene su krive

Međutim, čovjek je izuzetak. Kod naše vrste ga najčešće potakne neodgovorno ponašanje ženki. Pušenje, alkohol, droge, spolno prenosive bolesti - i ograničena količina jajnih stanica, izložena negativnim utjecajima od ranog djetinjstva. Ako postoji za muškarce, onda za žene čak i mala čaša može izazvati kršenje pravilnog formiranja jaja. Dok europske žene uživaju u slobodi, arapske žene apstiniraju – i rađaju zdravu djecu.

Nije ispravno napisano

Mutacija je trajna promjena u DNK. Može zahvatiti malo područje ili cijeli blok u kromosomu. Ali čak i minimalno kršenje pomiče DNK kod, prisiljavajući sintezu potpuno različitih aminokiselina - stoga će cijeli protein kodiran ovim mjestom biti neaktivan.

Tri vrste

Mutacija je kršenje jedne od vrsta - ili naslijeđena, ili de novo mutacija, ili lokalna mutacija. U prvom slučaju jest. U drugom slučaju, to je kršenje na razini spermija ili jajašca, kao i posljedica izloženosti opasnim čimbenicima nakon oplodnje. Opasni čimbenici nisu samo loše navike, već i nepovoljni okolišni uvjeti (uključujući zračenje). De novo mutacija je poremećaj u svim stanicama tijela jer nastaje iz abnormalnog izvora. U trećem slučaju, lokalno, ili se ne javlja u ranim fazama i ne utječe na sve stanice tijela, s visokim stupnjem vjerojatnosti ne prenosi se na potomstvo, za razliku od prve i druge vrste poremećaja.

Ako su problemi nastali u ranoj fazi trudnoće, tada dolazi do poremećaja mozaika. U ovom slučaju, neke od stanica su zahvaćene bolešću, neke nisu. Kod ove vrste postoji velika vjerojatnost da će se dijete roditi živo. Većina genetskih poremećaja ne može se vidjeti, jer u tom slučaju često dolazi do pobačaja. Majka često niti ne primijeti trudnoću, ona izgleda kao odgođena mjesečnica. Ako je mutacija bezopasna i događa se često, naziva se polimorfizam. Tako su nastale krvne grupe i boje šarenice. Međutim, polimorfizam može povećati vjerojatnost određenih bolesti.

Neurološki i mentalni poremećaji čine 13% globalnog tereta bolesti, izravno pogađajući više od 450 milijuna ljudi diljem svijeta. Prevalencija ovih poremećaja vjerojatno će nastaviti rasti kao rezultat produljenja životnog vijeka stanovništva. Nažalost, gotovo polovica pacijenata sa shizofrenijom trenutačno ne dobiva odgovarajuću medicinsku skrb, dijelom zato što se rani simptomi shizofrenije često brkaju s onima koji se vide kod drugih psihijatrijskih poremećaja (kao što je psihotična depresija ili bipolarni poremećaj). Ostali poremećaji kao što su Rettov sindrom (RTT) i neurofibromatoza tipa II (NF2) zahtijevaju multidisciplinarni pristup i liječenje u specijaliziranim medicinskim centrima. Osim toga, većina ovih poremećaja je složena, rezultat interakcije genetskih i okolišnih čimbenika.

Na temelju podataka iz dvojnih studija, nasljednost nekih psihijatrijskih poremećaja je visoka. To se odnosi na autizam i shizofreniju, s nasljednim čimbenicima reda veličine 90%, odnosno 80%. Međutim, te se bolesti također često javljaju kao izolirani slučajevi, sa samo jednim oboljelim djetetom rođenim od roditelja koji nisu oboljeli bez obiteljske povijesti bolesti. Jedno od mogućih objašnjenja ovog fenomena je pojava mutacija de de novo gdje se mutacije javljaju tijekom spermatogeneze ili oogeneze (mutacije germinativne linije) i stoga su prisutne u pacijenta, ali se ne mogu detektirati u nezahvaćenog roditelja. Ovaj genetski mehanizam nedavno je bio u središtu pozornosti u objašnjavanju dijela genetske osnove za neurorazvojne poremećaje.

S obzirom na činjenicu da se procjenjuje da ljudski genom sadrži približno 22 333 gena, više od 17 800 gena eksprimirano je u ljudskom mozgu. Mutacije koje utječu na gotovo bilo koji od ovih gena, u kombinaciji s okolišnim čimbenicima, mogu pridonijeti neurološkim i psihijatrijskim poremećajima mozga. Nedavne studije identificirale su brojne uzročne mutacije u genima i pokazale značajnu ulogu koju genetika igra u neurološkim i psihijatrijskim poremećajima. Ove studije su pokazale uključenost rijetkih (<1% частоты) точечных мутаций и вариаций числа копий (CNVs, то есть геномных делеций или дублирования от>1 kb do nekoliko Mb) koji se mogu pojaviti u regijama bez gena, ili koji mogu utjecati na jedan gen, ili uključuju kontinuirani skup gena u genetskoj etiologiji autizma, shizofrenije, intelektualne poteškoće, poremećaja pažnje i drugih neuropsihijatrijskih poremećaja .

Dugo je poznato da se neurološki i psihijatrijski poremećaji pojavljuju u istim obiteljima, što ukazuje na nasljednost s glavnom genetskom komponentom bolesti. Za neke neurološke poremećaje, kao što su NF2 ili RTT, identificiran je genetski uzrok. Međutim, za veliku većinu neuroloških i psihijatrijskih poremećaja, kao što su shizofrenija, autizam, bipolarni poremećaj i sindrom nemirnih nogu, genetski uzroci ostaju uglavnom nepoznati. Nedavni razvoj tehnologija sekvenciranja DNK otvorio je nove mogućnosti za naše razumijevanje genetskih mehanizama koji leže u osnovi ovih poremećaja. Koristeći masivne paralelne platforme za sekvenciranje DNK (također nazvane "sljedeća generacija"), jedan uzorak (eksperiment) može tražiti mutacije u svim genima ljudskog genoma.

Poznata vrijednost De Novo mutacije (tj. stečene mutacije u potomstvu) kod mentalnih poremećaja kao što su mentalna retardacija (ID), autizam i shizofrenija. Doista, u mnogim nedavnim studijama genoma, analiza genoma pogođenih pojedinaca i usporedba s genomima njihovih roditelja pokazala je da rijetke kodirajuće i nekodirajuće varijacije de novo značajno povezana s rizikom od autizma i shizofrenije. Pretpostavlja se da je veliki broj novih slučajeva ovih poremećaja djelomično posljedica mutacija de novo, koji mogu nadoknaditi gubitke alela zbog ozbiljno smanjene reproduktivne sposobnosti, čime se održava visoka stopa ovih bolesti. Začudo, mutacije de novo prilično česta (reda 100 novih mutacija po djetetu), sa samo nekoliko (reda jedna po djetetu) u kodirajućim regijama.

Mutacije de novo izvan kodirajućih regija, kao što su promotor, intron ili međugene regije, također mogu biti povezane s bolešću. Međutim, izazov je odrediti koja je od ovih mutacija patogena.

Nekoliko glavnih linija dokaza mora se uzeti u obzir kada se procjenjuje patogenost promatranog De Novo mutacije: De Novo stopa mutacije, funkcija gena, utjecaj mutacije i kliničke korelacije. Glavna pitanja sada se mogu formulirati na sljedeći način: koliko će gena biti uključeno u neurološke i mentalne poremećaje? Koji su specifični genski putovi uključeni? Koje su posljedice mutacija de novo za genetsko savjetovanje? Na ova pitanja potrebno je odgovoriti kako bi se poboljšala dijagnoza i razvilo liječenje.

Uloga mutacija de novo u ljudskim bolestima je dobro poznat, posebno u području onkološke genetike i dominantnih Mendelovih poremećaja kao što su Kabuki i Schinzel-Giedonov sindrom. Oba ova sindroma karakteriziraju teške intelektualne teškoće i kongenitalne anomalije lica, a nedavno je utvrđeno da su uzrokovani mutacijama de novo V MLL2 geni I SETBP1, odnosno. Nedavno Sandersovo istraživanje et al., Neale et al., O "Roak et al. potvrdio doprinos De Novo mutacije u etiologiji autizma. Svaka studija identificirala je popis mutacija de novo, prisutni u probandima, ali samo je nekoliko gena identificirano s nekoliko njih de novo (CHD8, SCN2A, KATNAL2 I NTNG1). Analize na temelju interakcija proteina i putova iz ovih studija pokazale su značajan odnos i zajednički biološki put između gena koji nose mutacije. de novo u slučajevima autizma. Proteinske mreže uključene u remodeliranje kromatina, ubikvitinaciju i razvoj neurona identificirane su kao potencijalne mete za gene osjetljivosti na autizam. Konačno, ove studije pokazuju da se 1000 ili više gena može protumačiti kao oni u kojima se mogu pojaviti kao infiltrirajuće mutacije koje doprinose autizmu.

Tehnološki napredak u sekvencioniranju DNK bitno je revolucionirao proučavanje genetskih varijacija u ljudskom genomu i omogućio identifikaciju mnogih vrsta mutacija, uključujući supstitucije pojedinačnih parova baza, insercije/delecije, CNV, inverzije i ponovne ekspanzije, kao i one koje se smatraju somatskim i germinativnim mutacijama. Pokazalo se da sve ove vrste mutacija igraju ulogu u ljudskim bolestima. Čini se da su mutacije jednog nukleotida uglavnom "očinskog podrijetla", dok delecije mogu biti uglavnom "majčinskog podrijetla". To se može objasniti razlikama između muške i ženske gametogeneze. Na primjer, u studiji neurofibromatoze, 16 od 21 mutacije sastojalo se od brisanja majčinog podrijetla, a 9 od 11 točkastih mutacija bilo je očevog podrijetla.

Različite vrste mutacija mogu se prenijeti s roditelja na dijete ili steći spontano. Mehanizam koji pokreće ovo posljednje privukao je pažnju posljednjih godina zbog važnosti ove vrste mutacije u bolestima kao što su shizofrenija i autizam. Stopa mutacije de novo,čini se da dominira s godinama oca. Stopa se ovdje povećava s dobi oca, vjerojatno zbog učinaka smanjene učinkovitosti replikacije DNA ili mehanizama popravka za koje se očekuje da će se pogoršati s godinama. Stoga bi rizik od bolesti trebao rasti s dobi oca. Utvrđeno je da se to događa u mnogim slučajevima, uključujući Crouzonov sindrom, višestruku endokrinu neoplaziju tipa II i neurofibromatozu tipa I. Nedavno je O'Roak et al. uočio izraženu očinsku komponentu od 51 mutacije de novo, identificiran u studiji sekvenciranja 188 roditelja-djece sa slučajevima sporadičnog autizma. Ovi rezultati slični su onima uočenim u nedavnim izvješćima o CNN n novo s intelektualnim nedostatkom. Ova se korelacija može objasniti značajno većim brojem dioba mitotičkih stanica u zametnim stanicama ili spermatocitima prije mejoze tijekom života muškaraca u usporedbi s onim što se događa tijekom oogeneze kod žena.

Na temelju utvrđenog broja staničnih dioba koje se događaju u oogenezi (od rođenja do menopauze) u usporedbi sa spermatogenezom (od puberteta do kraja života), James F. Crow (James F. Crow) izračunao je da u dobi od 30 godina, prosječan broj ponavljanja kromosoma od zigote do proizvodnje spermija je 16,5 puta veći nego od zigote do proizvodnje jajne stanice.

Genetski mozaicizam je zbog pojave de novo mitotske mutacije, očituje se vrlo rano u razvoju embrija i definira se kao prisutnost više staničnih klonova s ​​određenim genotipom u istoj osobi. Somatski i germinalni mozaicizam postoji, ali germinalni mozaicizam može olakšati prijenos onoga što se može prenijeti mutacijom de novo potomstvo.

Spontane mutacije koje se javljaju u somatskim stanicama (tijekom mitoze, nakon oplodnje) također mogu igrati ulogu u nastanku bolesti povezanih s poremećajima u razvoju.