Medicinska genetika. Detekcija de novo mutacije u genu za distrofin i njezin značaj za medicinsko genetsko savjetovanje kod Duchenneove mišićne distrofije (kliničko promatranje)
Tri skupine američkih znanstvenika, neovisno jedna o drugoj, po prvi su put uspjele utvrditi vezu između mutacija pojedinih gena i vjerojatnosti da će dijete razviti poremećaje iz spektra autizma, piše The New York Times. Osim toga, istraživači su pronašli znanstvenu potvrdu prethodno utvrđene izravne povezanosti između dobi roditelja, posebice očeva, i rizika od razvoja autizma kod potomaka.
Sve tri skupine usredotočile su se na rijetku skupinu genetskih mutacija nazvanih "de novo". Ove mutacije nisu naslijeđene, već se javljaju 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, pronađeno je dvoje djece s istom mutacijom u istom genu, a ništa ih drugo nije povezivalo osim dijagnoze.
"To je kao da strelicom dvaput pogodite istu točku na meti kada igrate pikado. Postoji 99,9999 posto šanse da je otkrivena mutacija povezana s autizmom", citira profesor State publikaciju.
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. Takve podudarnosti nisu uočene kod ispitanika koji nisu bili autistični.
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, no, smatra Daly, autisti ih 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. A još više 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 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 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 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. Na primjer, 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 karakteristično je teško oštećenje 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 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 je 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 velikim 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 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 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 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 primili od svojih roditelja. Genetski materijal se prenosi od roditelja kroz zametne stanice. Spolne stanice (jajne stanice ili spermij) jedine su stanice u tijelu koje nose samo jednu kopiju genetskog materijala. Prije nego što genetski materijal uđe u zametnu stanicu, geni se miješaju između dvije kopije gena, a kod svakog roditelja genetski materijal se stavlja u zametnu stanicu, što je mješavina materijala koji je on, pak, primio od njegovi roditelji. Njihov će novi život također biti promiješan prije nego što budu smješteni u seksualni kavez kako bi se stvorila sljedeća generacija. Taj se proces naziva crossing over. Javlja se između homolognih regija kromosoma, u procesu stvaranja spolnih stanica. U procesu križanja geni mogu stvoriti nove kombinacije. Takvo miješanje osigurava niz novih generacija. Čemu služi? To je potrebno kako bi se osigurala generacijska varijabilnost, inače bismo našoj djeci prenijeli točne kopije kromosoma koje smo dobili od jednog od roditelja, generacijska varijabilnost bila bi krajnje ograničena, što bi biološku evoluciju na Zemlji izuzetno otežalo, a time i smanjilo šanse za preživljavanje. U trenutku kada se takvi procesi odvijaju, može se odvojiti komadić kromosoma i doći će do "brisanja". Delecija je vrsta mutacije. Ako je nastala 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 sljedeću generaciju, tada se više neće zvati de novo mutacija.
S WAGR sindromom, dio genetskog koda je uklonjen i nema dovoljno genetskog materijala.
U prirodi postoje obrnuta 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. Kod WAGR-a, gen PAX6 i gen WT1 su uvijek izgubljeni, što dovodi do tipične prezentacije 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 leziju 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 dječjom pretilošću kod djece s WAGRO sindromom. Pacijenti s WAGRO-om izloženi su većem riziku od neuroloških problema kao što su intelektualni pad, autizam. Nije u potpunosti razjašnjeno je li ovaj rizik povezan 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 bubrega i spolnih žlijezda (jajnika kod žena i testisa kod muškaraca). U tim tkivima protein igra ulogu u staničnoj diferencijaciji i apoptozi. Kako bi izvršio sve te funkcije, WT1 regulira aktivnost drugih gena tako što veže regije DNA.
Gen WT1 potreban je za suzbijanje Wilmsovog tumora. Postoji varijanta imena Wilmovog tumor tumor supresor gena1 (gen koji suzbija razvoj Wilmsovog tumora).Njegova mutacija ili odsutnost dovodi do povećanog rizika od razvoja tumora.Upravo zbog vjerojatnosti Budući da je ovaj gen uključen u WAGR sindrom, potrebno je stalno praćenje stanja bubrega.
PAX6
PAX6 pripada obitelji gena koji imaju ključnu ulogu u razvoju organa i tkiva tijekom embrionalnog razvoja. Članovi obitelji PAX važni su za normalno funkcioniranje različitih tjelesnih stanica nakon rođenja. Geni obitelji PAX uključeni su u sintezu proteina koji vežu specifične regije 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 živčanih stanica olfaktornog trakta, koje su odgovorne za osjet mirisa. Trenutno, funkcija PAX 6 tijekom fetalnog razvoja najvjerojatnije nije u potpunosti shvaćena i s vremenom dobivamo nove činjenice. Nakon rođenja PAX6, protein regulira mnoge gene u oku.
Nedostatak funkcije gena PAX 6 dovodi do problema s očima nakon rođenja.
BDNF
Gen BDNF kodira protein koji se nalazi u mozgu i leđnoj moždini. Ovaj gen igra ulogu u rastu i sazrijevanju živčanih stanica. Protein BDNF aktivan je u sinapsama u mozgu. Sinapse se mogu mijenjati i prilagođavati kao odgovor na iskustvo. BDNF protein pomaže u regulaciji sinaptičke varijabilnosti, što je bitno za učenje i pamćenje.
BDNF je protein koji se nalazi u dijelovima mozga koji su odgovorni za sitost, žeđ i tjelesnu težinu. Najvjerojatnije ovaj protein doprinosi tim procesima.
Ekspresija ovog gena smanjena je kod Alzheimerove, Parkinsonove i Huntingtonove bolesti, ovaj gen može igrati ulogu u reakcijama na stres i poremećajima raspoloženja. Gen BDNF privukao je pažnju mnogih istraživača. Postoje radovi koji proučavaju aktivnost BDNF proteina u mozgu ovisno o tjelovježbi, prehrani, mentalnom stresu i drugim uvjetima. Djelovanje ovog proteina povezuje se s mentalnom aktivnošću i mentalnim stanjima te se pokušava utjecati na njegovu razinu.
Bio bih vam zahvalan da me uputite na nove informacije o ovom pitanju. Napišite sve u komentarima.
Bilješka:
Riječi protein i protein su sinonimi.
Detekcija mutacije denovo u genu distrofina i njezin značaj za medicinsko genetsko savjetovanje kod Duchenneove mišićne distrofije
(kliničko promatranje)
Muravleva E.A., Starodubova A.V., Pyshkina N.P., Duisenova O.S.
Znanstveni savjetnik: d.m.s. Izv. Kolokolov O.V.
Državna proračunska obrazovna ustanova visokog stručnog obrazovanja Saratovsko državno medicinsko sveučilište im. U I. Razumovsky Ministarstvo zdravstva Ruske Federacije
Zavod za neurologiju FPC i PPS im. K.N. Tretjakova
Uvod. Duchenneova mišićna distrofija (DMD) jedna je od najčešćih nasljednih neuromuskularnih bolesti. Prevalencija mu je 2-5:100 000 populacije, 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 obrascem nasljeđivanja i teškim, progresivnim tijekom. DMD je uzrokovan mutacijom gena za distrofin, čiji se lokus nalazi 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 glavnom bazalnom laminom (izvanstanični matriks) putem proteinskog kompleksa koji se sastoji od mnogo podjedinica. Nedostatak distrofina dovodi do prodiranja viška kalcija u sarkolemu (staničnu membranu). 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 (CS), elektroneuromiografija (ENMG), histokemijska studija mišićne biopsije) kriterijima, genealoškoj analizi i podatke iz molekularno-genetičkih istraživanja.
Provođenje medicinskog genetskog savjetovanja trenutno u mnogim obiteljima može spriječiti rađanje bolesnog djeteta. Prenatalna DNK dijagnoza u ranoj trudnoći u obiteljima s djetetom koje boluje od DMD omogućit će roditeljima da odaberu daljnju taktiku i, eventualno, rano prekinu trudnoću ako fetus ima bolest.
U nekim slučajevima, klinička slika se opaža kod žena - heterozigotnih nositelja mutantnog gena u obliku povećanja mišića potkoljenice, umjerene slabosti mišića, smanjenja tetivnih i periostalnih refleksa, prema parakliničkim studijama, razina CCS-a povećava se. Osim toga, klasične kliničke manifestacije DMD-a mogu se pojaviti u žena sa Shereshevsky-Turnerovim sindromom (genotip 45, CW).
Klinički primjer. U našoj ambulanti promatra se 7-godišnji dječak K. koji se žali na slabost mišića ruku i nogu, umor pri dugom hodanju. Majka djeteta primjećuje da ima povremene padove, poteškoće pri penjanju stepenicama, poremećaj hoda (poput "patke"), poteškoće pri ustajanju iz sjedećeg položaja, povećanje volumena mišića potkoljenice.
Rani razvoj djeteta tekao je bez problema. U dobi od 3 godine, okolni ljudi primijetili su kršenja motoričkih funkcija u obliku poteškoća pri hodu uz stepenice, pri stajanju, dijete nije sudjelovalo u igrama na otvorenom i počelo se brzo umarati. Zatim se promijenio hod pačjeg tipa. Povećane su poteškoće pri ustajanju iz sjedećeg ili potrbušnog položaja: postupno ustajanje s „ljestvama“ uz aktivno korištenje ruku. Postupno je postalo vidljivo povećanje volumena potkoljenice i nekih drugih mišića.
U neurološkom pregledu vodeći klinički znak je simetrična proksimalna periferna tetrapareza, izraženija u nogama (snaga mišića u proksimalnim dijelovima gornjih udova - 3-4 boda, u distalnim dijelovima - 4 boda, u proksimalnim dijelovima donji udovi - 2-3 boda, u distalnim dijelovima - 4 boda). Hod se mijenja prema tipu "patke". Koristi pomoćne ("miopatske") tehnike, na primjer, ustajanje s "ljestvama". Mišićni tonus je smanjen, 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 na stranama; bicipitalni - niski, tricipitalni i karporadijalni - srednje živosti, koljeno i Ahilov - niski. Na temelju kliničkih nalaza posumnjalo se na DMD.
U studiji KKS-a njegova je razina bila 5379 jedinica / l, što je 31 puta više od norme (norma je do 171 jedinica / l). Prema ENMG-u registrirani su znakovi koji su karakterističniji za umjereno započeti primarni mišićni proces. Dakle, dobiveni podaci potvrdili su prisutnost DMD-a u bolesnika.
Osim probanda, pregledani su njegovi roditelji i starija sestra. Nitko od rođaka probanda nije imao kliničke manifestacije DMD-a. 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, obitelji K. ispitana je 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 postavljenu kliničku dijagnozu DMD. Brisanje egzona 45 pronađeno kod sina nije pronađeno kod majke. Kod sestre, kao rezultat analize, nije pronađena delecija egzona 45, koja je otkrivena kod brata. 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 povrijeđeno nasljeđivanje prema Mendelovim zakonima, preporučuje se prenatalna dijagnoza tijekom sljedeće trudnoće kod majke i sestre probanda.
Zaključak. Trenutno liječnik ima širok arsenal simptomatskih lijekova koji se koriste u liječenju DMD-a, međutim, unatoč dostignućima znanosti, etiološko liječenje DMD-a još nije razvijeno, a ne postoje ni učinkoviti lijekovi za supstitucijsko liječenje DMD-a. Prema nedavnim istraživanjima matičnih stanica, postoje obećavajući vektori koji mogu zamijeniti oštećeno mišićno tkivo. Međutim, trenutno je moguće samo simptomatsko liječenje, usmjereno na poboljšanje kvalitete života bolesnika. U tom smislu, rana dijagnoza DMD-a igra važnu ulogu za pravodobno 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 rano otkrivanje i prevenciju DMD-a potrebno je šire koristiti metode molekularne genetske dijagnostike; povećati budnost praktičara u odnosu na ovu patologiju. 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.
