Genetica medica. Rilevazione di una mutazione de novo nel gene della distrofina e suo significato per la consulenza genetica medica nella distrofia muscolare di Duchenne (osservazione clinica)

Tre gruppi di scienziati americani, indipendentemente l'uno dall'altro, sono riusciti per la prima volta a stabilire un legame tra le mutazioni di alcuni geni e la probabilità che un bambino sviluppi disturbi dello spettro autistico, secondo il New York Times. Inoltre, i ricercatori hanno trovato la conferma scientifica della relazione diretta precedentemente identificata tra l'età dei genitori, in particolare dei padri, e il rischio di sviluppare l'autismo nella prole.

Tutti e tre i gruppi si sono concentrati su un raro gruppo di mutazioni genetiche chiamato "de novo". Queste mutazioni non sono ereditarie, ma si verificano durante il concepimento. Come materiale genetico, sono stati prelevati campioni di sangue da membri della famiglia in cui i genitori non erano autistici e i bambini hanno sviluppato vari disturbi dello spettro autistico.

Il primo gruppo di scienziati, guidato da Matthew W. State, professore di genetica e psichiatria infantile alla Yale University, il cui lavoro è stato pubblicato il 4 aprile sulla rivista Nature, ha analizzato la presenza di mutazioni de novo in 200 persone con diagnosi di autismo, i cui genitori , i fratelli non erano autistici. Di conseguenza, due bambini sono stati trovati con la stessa mutazione nello stesso gene, senza nient'altro che li collegasse tranne la diagnosi.

"È come colpire due volte lo stesso punto con un dardo su un bersaglio quando si gioca a freccette. C'è una probabilità del 99,9999% che la mutazione rilevata sia associata all'autismo", cita la pubblicazione del Professor State.

Un team guidato da Evan E. Eichler, professore di genetica all'Università di Washington, ha esaminato campioni di sangue di 209 famiglie con bambini autistici e ha trovato la stessa mutazione nello stesso gene in un bambino. Inoltre, sono stati identificati due bambini autistici di famiglie diverse che avevano identiche mutazioni "de novo", ma con geni diversi. Tali coincidenze non sono state osservate in soggetti che non erano autistici.

Un terzo gruppo di ricercatori, guidato dal professor Mark J. Daly dell'Università di Harvard, ha riscontrato diversi casi di mutazioni de novo negli stessi tre geni in bambini autistici. Almeno una mutazione di questo tipo è presente nel genotipo di qualsiasi persona, ma, secondo Daly, gli autistici, in media, ne hanno significativamente di più.

Tutti e tre i gruppi di ricercatori hanno anche confermato la relazione precedentemente osservata tra l'età dei genitori e l'autismo nei bambini. Più i genitori sono anziani, in particolare il padre, maggiore è il rischio di mutazioni de novo. Dopo aver analizzato 51 mutazioni, il team guidato dal professor Eichler ha scoperto che questo tipo di danno si verifica quattro volte più spesso nel DNA maschile che in quello femminile. E ancora di più se l'età di un uomo supera i 35 anni. Pertanto, gli scienziati suggeriscono che è il materiale genetico paterno danneggiato ottenuto dalla prole al momento del concepimento che è la fonte di quelle mutazioni che portano allo sviluppo di disturbi autistici.

Gli scienziati concordano sul fatto che la ricerca di modi per prevenire un tale sviluppo di eventi sarà lunga, la ricerca sulla natura genetica dell'autismo è appena iniziata. In particolare, i team di Eichler e Daly hanno trovato prove che i geni con mutazioni "de novo" sono coinvolti negli stessi processi biologici. "Ma questa è solo la punta della punta dell'iceberg", afferma il professor Eichler. "La cosa principale è che siamo tutti d'accordo su da dove cominciare".

La schizofrenia è una delle malattie più misteriose e complesse, e in molti modi. È difficile da diagnosticare: non c'è ancora consenso sul fatto che questa malattia sia una o molte simili tra loro. È difficile trattarlo: ora ci sono solo farmaci che sopprimono il cosiddetto. sintomi positivi (come il delirio), ma non aiutano a riportare la persona a una vita piena. La schizofrenia è difficile da studiare: nessun altro animale tranne l'uomo ne soffre, quindi non ci sono quasi modelli per studiarla. La schizofrenia è molto difficile da capire da un punto di vista genetico ed evolutivo: è piena di contraddizioni che i biologi non riescono ancora a risolvere. Tuttavia, la buona notizia è che negli ultimi anni le cose sono finalmente sembrate decollare. Abbiamo già parlato della storia della scoperta della schizofrenia e dei primi risultati del suo studio con metodi neurofisiologici. Questa volta parleremo di come gli scienziati stanno cercando le cause genetiche della malattia.

L'importanza di questo lavoro non è nemmeno che quasi ogni centesimo persona sul pianeta soffra di schizofrenia, e il progresso in questo ambito dovrebbe almeno semplificare radicalmente la diagnosi, anche se non è possibile creare subito una buona medicina. L'importanza della ricerca genetica sta nel fatto che stanno già cambiando la nostra comprensione dei meccanismi fondamentali dell'ereditarietà dei tratti complessi. Se gli scienziati riusciranno a capire come una malattia così complessa come la schizofrenia possa "nascondersi" nel nostro DNA, ciò significherà una svolta radicale nella comprensione dell'organizzazione del genoma. E il significato di tale lavoro andrà ben oltre la psichiatria clinica.

Innanzitutto, alcuni fatti grezzi. La schizofrenia è una malattia mentale grave, cronica e invalidante che di solito colpisce le persone in giovane età. Colpisce circa 50 milioni di persone nel mondo (poco meno dell'1% della popolazione). La malattia è accompagnata da apatia, mancanza di volontà, spesso allucinazioni, delirio, disorganizzazione del pensiero e della parola e disturbi motori. I sintomi di solito causano isolamento sociale e prestazioni ridotte. Un aumentato rischio di suicidio nei pazienti con schizofrenia, così come malattie somatiche concomitanti, porta al fatto che la loro aspettativa di vita complessiva è ridotta di 10-15 anni. Inoltre, i pazienti con schizofrenia hanno meno figli: gli uomini hanno una media del 75%, le donne - 50%.

L'ultimo mezzo secolo è stato un periodo di rapidi progressi in molte aree della medicina, ma questo progresso ha avuto un impatto minimo sulla prevenzione e il trattamento della schizofrenia. Ultimo ma non meno importante, ciò è dovuto al fatto che non abbiamo ancora un'idea chiara della violazione di quali processi biologici siano la causa dello sviluppo della malattia. Questa mancanza di comprensione ha fatto sì che dall'introduzione sul mercato del primo farmaco antipsicotico clorpromazina (nome commerciale: Aminazine) più di 60 anni fa, non vi fosse stato un cambiamento qualitativo nel trattamento della malattia. Tutti gli antipsicotici attualmente approvati per il trattamento della schizofrenia (sia tipici, compresa la clorpromazina che quelli atipici) hanno lo stesso meccanismo d'azione principale: riducono l'attività dei recettori della dopamina, che elimina allucinazioni e deliri, ma, sfortunatamente, ha scarso effetto sul negativo sintomi come apatia, mancanza di volontà, disturbi del pensiero, ecc. Non menzioniamo nemmeno gli effetti collaterali. Una delusione comune nella ricerca sulla schizofrenia è che le compagnie farmaceutiche hanno da tempo tagliato i fondi per gli antipsicotici, anche se il numero totale di studi clinici continua ad aumentare. Tuttavia, la speranza di chiarire le cause della schizofrenia proveniva da una direzione piuttosto inaspettata: è associata a progressi senza precedenti nella genetica molecolare.

Responsabilità collettiva

Anche i primi ricercatori sulla schizofrenia hanno notato che il rischio di ammalarsi è strettamente correlato alla presenza di parenti malati. I tentativi di stabilire il meccanismo dell'ereditarietà della schizofrenia furono fatti quasi immediatamente dopo la riscoperta delle leggi di Mendel, proprio all'inizio del XX secolo. Tuttavia, a differenza di molte altre malattie, la schizofrenia non voleva inserirsi nel quadro dei semplici modelli mendeliani. Nonostante l'elevata ereditabilità, non era possibile associarlo a uno o più geni, quindi, verso la metà del secolo, le cosiddette "sintesi" iniziarono a diventare sempre più popolari. teorie psicogene sullo sviluppo della malattia. In accordo con la psicoanalisi, che era estremamente popolare alla metà del secolo, queste teorie spiegavano l'apparente ereditabilità della schizofrenia non dalla genetica, ma dalle caratteristiche dell'educazione e da un'atmosfera malsana all'interno della famiglia. Esistevano persino i "genitori schizofrenogeni".

Tuttavia, questa teoria, nonostante la sua popolarità, non durò a lungo. L'ultimo punto sulla questione se la schizofrenia sia una malattia ereditaria è stato posto da studi psicogenetici condotti già negli anni '60-'70. Questi erano principalmente studi sui gemelli, così come studi sui bambini adottati. L'essenza degli studi sui gemelli è confrontare le probabilità della manifestazione di qualche segno - in questo caso, lo sviluppo della malattia - in gemelli identici e fraterni. Poiché la differenza nell'effetto dell'ambiente sui gemelli non dipende dal fatto che siano identici o fraterni, le differenze di queste probabilità dovrebbero derivare principalmente dal fatto che i gemelli identici sono geneticamente identici, mentre i gemelli fraterni hanno, in media, solo la metà le varianti comuni dei geni.

Nel caso della schizofrenia, si è scoperto che la concordanza dei gemelli identici è più di 3 volte superiore alla concordanza dei gemelli fraterni: per il primo è di circa il 50 percento e per il secondo meno del 15 percento. Queste parole dovrebbero essere intese come segue: se hai un fratello gemello identico che soffre di schizofrenia, allora tu stesso ti ammalerai con una probabilità del 50 percento. Se tu e tuo fratello siete gemelli fraterni, il rischio di ammalarvi non supera il 15 percento. I calcoli teorici, che tengono inoltre conto della prevalenza della schizofrenia nella popolazione, stimano il contributo dell'ereditarietà allo sviluppo della malattia a un livello del 70-80%. Per fare un confronto, l'altezza e l'indice di massa corporea sono ereditati più o meno allo stesso modo, tratti che sono sempre stati considerati strettamente correlati alla genetica. A proposito, come si è scoperto in seguito, la stessa elevata ereditabilità è caratteristica di tre delle altre quattro principali malattie mentali: disturbo da deficit di attenzione e iperattività, disturbo bipolare e autismo.

I risultati degli studi sui gemelli sono stati pienamente confermati nello studio di bambini nati da pazienti affetti da schizofrenia e adottati nella prima infanzia da genitori adottivi sani. Si è scoperto che il loro rischio di sviluppare la schizofrenia non è ridotto rispetto ai bambini cresciuti dai loro genitori schizofrenici, il che indica chiaramente il ruolo chiave dei geni nell'eziologia.

E qui arriviamo a una delle caratteristiche più misteriose della schizofrenia. Il fatto è che se è così fortemente ereditato e allo stesso tempo ha un effetto molto negativo sull'idoneità del portatore (ricordiamo che i pazienti con schizofrenia lasciano almeno la metà della prole rispetto alle persone sane), allora come riesce a rimanere nella popolazione almeno per ? Questa contraddizione, attorno alla quale per molti aspetti si svolge la principale lotta tra le diverse teorie, è stata chiamata il "paradosso evolutivo della schizofrenia"

Fino a poco tempo, agli scienziati non era completamente chiaro quali caratteristiche specifiche del genoma dei pazienti con schizofrenia predeterminassero lo sviluppo della malattia. Per decenni, c'è stato un acceso dibattito nemmeno su quali geni siano cambiati nei pazienti con schizofrenia, ma su quale sia l'"architettura" genetica generale della malattia.

Significa quanto segue. I genomi delle singole persone sono molto simili tra loro, con differenze in media inferiori allo 0,1% dei nucleotidi. Alcuni di questi tratti distintivi del genoma sono abbastanza diffusi nella popolazione. È convenzionalmente considerato che se si verificano in più dell'uno per cento delle persone, possono essere chiamate varianti o polimorfismi comuni. Si ritiene che queste varianti comuni siano apparse nel genoma umano oltre 100.000 anni fa, prima della prima migrazione dall'Africa degli antenati degli esseri umani moderni, quindi si trovano comunemente nella maggior parte delle sottopopolazioni umane. Naturalmente, per esistere in una parte significativa della popolazione per migliaia di generazioni, la maggior parte dei polimorfismi non dovrebbe essere troppo dannosa per i loro portatori.

Tuttavia, nel genoma di ciascuna delle persone ci sono altre caratteristiche genetiche: più giovani e più rare. La maggior parte di loro non fornisce alcun vantaggio ai vettori, quindi la loro frequenza nella popolazione, anche se fissa, rimane insignificante. Molti di questi tratti (o mutazioni) hanno un effetto negativo più o meno pronunciato sulla forma fisica, quindi vengono gradualmente rimossi dalla selezione negativa. Invece, a seguito di un continuo processo di mutazione, compaiono altre nuove varianti dannose. In sintesi, la frequenza di una qualsiasi delle nuove mutazioni non supera quasi mai lo 0,1 percento e tali varianti sono chiamate rare.

Quindi, l'architettura di una malattia significa esattamente quali varianti genetiche - comuni o rare, con un forte effetto fenotipico o solo leggermente aumentando il rischio di sviluppare una malattia - ne predeterminano l'insorgenza. È attorno a questo tema che, fino a tempi recenti, si svolgeva il principale dibattito sulla genetica della schizofrenia.

L'unico fatto indiscutibilmente stabilito dai metodi di genetica molecolare per quanto riguarda la genetica della schizofrenia nell'ultimo terzo del 20° secolo è la sua incredibile complessità. Oggi è ovvio che la predisposizione alla malattia è determinata da cambiamenti in decine di geni. Allo stesso tempo, tutte le "architetture genetiche" della schizofrenia proposte in questo periodo possono essere combinate in due gruppi: il modello "malattia comune - varianti comuni" (CV) e il modello "malattia comune - varianti rare" (malattia comune - varianti rare", RV). Ciascuno dei modelli ha fornito la propria spiegazione del "paradosso evolutivo della schizofrenia".

camper vs. CV

Secondo il modello CV, il substrato genetico della schizofrenia è un insieme di tratti genetici, un poligene, simile a ciò che determina l'eredità di tratti quantitativi come l'altezza o il peso corporeo. Un tale poligene è un insieme di polimorfismi, ognuno dei quali influisce solo leggermente sulla fisiologia (sono chiamati "causali", perché, sebbene non da soli, portano allo sviluppo della malattia). Per mantenere un tasso di incidenza abbastanza alto caratteristico della schizofrenia, è necessario che questo poligene sia costituito da varianti comuni - dopotutto, è molto difficile raccogliere molte varianti rare in un genoma. Di conseguenza, ogni persona ha dozzine di tali varianti rischiose nel suo genoma. In sintesi, tutte le varianti causali determinano la predisposizione genetica (responsabilità) di ciascun individuo alla malattia. Si presume che per caratteristiche qualitative complesse, come la schizofrenia, esista un certo valore soglia di predisposizione e solo quelle persone la cui predisposizione supera questo valore soglia sviluppano la malattia.

Modello soglia di suscettibilità alle malattie. Viene mostrata una normale distribuzione della predisposizione tracciata sull'asse orizzontale. Le persone la cui predisposizione supera il valore soglia sviluppano la malattia.

Per la prima volta, un tale modello poligenico di schizofrenia è stato proposto nel 1967 da uno dei fondatori della moderna genetica psichiatrica, Irving Gottesman, che ha anche dato un contributo significativo nel dimostrare la natura ereditaria della malattia. Dal punto di vista degli aderenti al modello CV, la persistenza di un'alta frequenza di varianti causali della schizofrenia nella popolazione per molte generazioni può avere diverse spiegazioni. In primo luogo, ogni individuo di tali varianti ha un effetto piuttosto minore sul fenotipo, tali varianti "quasi-neutre" possono essere invisibili alla selezione e rimanere comuni nelle popolazioni. Ciò è particolarmente vero per le popolazioni con una bassa dimensione effettiva, dove l'influenza del caso non è meno importante della pressione selettiva - questo include la popolazione della nostra specie.

D'altra parte, sono state fatte ipotesi sulla presenza nel caso della schizofrenia dei cosiddetti. selezione di bilanciamento, cioè l'effetto positivo dei "polimorfismi schizofrenici" sui portatori sani. Non è così difficile da immaginare. È noto, ad esempio, che gli individui schizoidi con un'elevata predisposizione genetica alla schizofrenia (di cui ce ne sono molti tra i parenti stretti dei pazienti) sono caratterizzati da un accresciuto livello di capacità creative, che può aumentare leggermente il loro adattamento (questo è già stato mostrato in diverse opere). La genetica di popolazione consente una situazione in cui l'effetto positivo delle varianti causali nei portatori sani può superare le conseguenze negative per quelle persone che hanno troppe di queste "buone mutazioni", che hanno portato allo sviluppo della malattia.

Il secondo modello di base dell'architettura genetica della schizofrenia è il modello RV. Suggerisce che la schizofrenia è un concetto collettivo e che ogni singolo caso o storia familiare della malattia è una malattia quasi mendeliana separata associata in ogni singolo caso a cambiamenti unici nel genoma. In questo modello, le varianti genetiche causali sono soggette a una pressione selettiva molto forte e vengono rapidamente rimosse dalla popolazione. Ma poiché un piccolo numero di nuove mutazioni si verifica in ogni generazione, si stabilisce un certo equilibrio tra la selezione e l'emergere di varianti causali.

Da un lato, il modello RV può spiegare perché la schizofrenia è molto ben ereditata, ma i suoi geni universali non sono stati ancora trovati: dopotutto, ogni famiglia eredita le proprie mutazioni causali e semplicemente non ce ne sono di universali. D'altra parte, se siamo guidati da questo modello, allora dobbiamo ammettere che le mutazioni in centinaia di geni diversi possono portare allo stesso fenotipo. Dopotutto, la schizofrenia è una malattia comune e il verificarsi di nuove mutazioni è raro. Ad esempio, i dati sul sequenziamento delle triplette padre-madre-figlio mostrano che in ogni generazione si verificano solo 70 nuove sostituzioni di un singolo nucleotide per 6 miliardi di nucleotidi del genoma diploide, di cui, in media, solo pochi possono teoricamente avere alcun effetto sul fenotipo e mutazioni di altri tipi - un evento ancora più raro.

Tuttavia, alcune prove empiriche supportano indirettamente questo modello dell'architettura genetica della schizofrenia. Ad esempio, all'inizio degli anni '90, si scoprì che circa l'uno per cento di tutti i pazienti con schizofrenia aveva una microdelezione in una delle regioni del 22° cromosoma. Nella stragrande maggioranza dei casi, questa mutazione non è ereditata dai genitori, ma si verifica de novo durante la gametogenesi. Una persona su 2.000 nasce con questa microdelezione, che porta a una varietà di anomalie nel corpo, chiamate "sindrome di DiGeorge". Coloro che soffrono di questa sindrome sono caratterizzati da una grave compromissione delle funzioni cognitive e dell'immunità, sono spesso accompagnati da ipocalcemia, oltre a problemi al cuore e ai reni. Un quarto delle persone con sindrome di DiGeorge sviluppa schizofrenia. Sarebbe allettante suggerire che altri casi di schizofrenia siano dovuti a malattie genetiche simili con conseguenze catastrofiche.

Un'altra osservazione empirica che sostiene indirettamente il ruolo de novo mutazioni nell'eziologia della schizofrenia è il rapporto del rischio di ammalarsi con l'età del padre. Quindi, secondo alcuni dati, tra coloro i cui padri avevano più di 50 anni al momento della nascita, ci sono 3 volte più pazienti schizofrenici rispetto a quelli i cui padri avevano meno di 30 anni. de novo mutazioni. Tale connessione, ad esempio, è stata a lungo stabilita per casi sporadici di un'altra malattia ereditaria (monogenica): l'acondroplasia. Questa correlazione è stata recentemente confermata dai suddetti dati di sequenziamento di triplette: de novo le mutazioni sono associate all'età del padre, ma non all'età della madre. Secondo i calcoli degli scienziati, in media, un bambino riceve 15 mutazioni dalla madre, indipendentemente dalla sua età, e dal padre - 25 se ha 20 anni, 55 se ha 35 anni e più di 85 se ha è più di 50. Cioè, il numero de novo le mutazioni nel genoma del bambino aumentano di due ogni anno di vita del padre.

Insieme, questi dati sembravano indicare abbastanza chiaramente il ruolo chiave de novo mutazioni nell'eziologia della schizofrenia. Tuttavia, la situazione in realtà si è rivelata molto più complicata. Anche dopo la separazione delle due teorie principali, per decenni la genetica della schizofrenia ha ristagnato. Quasi nessuna prova affidabile riproducibile è stata ottenuta a favore di uno di essi. Né sull'architettura genetica generale della malattia, né su varianti specifiche che influiscono sul rischio di sviluppare la malattia. Un forte salto si è verificato negli ultimi 7 anni ed è associato principalmente a scoperte tecnologiche.

Alla ricerca di geni

Il sequenziamento del primo genoma umano, il successivo miglioramento delle tecnologie di sequenziamento, e poi l'avvento e la diffusa introduzione del sequenziamento ad alto rendimento hanno finalmente permesso di ottenere una comprensione più o meno completa della struttura della variabilità genetica nella popolazione umana. Queste nuove informazioni iniziarono immediatamente ad essere utilizzate per una ricerca su vasta scala dei determinanti genetici della predisposizione a determinate malattie, inclusa la schizofrenia.

Studi simili sono strutturati in questo modo. In primo luogo, vengono raccolti un campione di persone malate non imparentate (casi) e un campione di individui sani non imparentati (controlli) di dimensioni approssimativamente uguali. Tutte queste persone sono determinate dalla presenza di alcune varianti genetiche: solo negli ultimi 10 anni i ricercatori hanno l'opportunità di determinarle a livello di interi genomi. Quindi, la frequenza di occorrenza di ciascuna delle varianti identificate viene confrontata tra gruppi di malati e un gruppo di controllo. Se allo stesso tempo è possibile trovare un arricchimento statisticamente significativo dell'una o dell'altra variante nei portatori, si parla di associazione. Pertanto, tra il vasto numero di varianti genetiche esistenti ci sono quelle associate allo sviluppo della malattia.

Una misura importante che caratterizza l'effetto di una variante associata alla malattia è l'OD (odds ratio), che è definita come il rapporto tra le possibilità di ammalarsi nei portatori di questa variante rispetto a quelle persone che non ne hanno. Se il valore OD di una variante è 10, ciò significa quanto segue. Se prendiamo un gruppo casuale di portatori della variante e un gruppo uguale di persone che non hanno questa variante, si scopre che nel primo gruppo ci saranno 10 volte più pazienti rispetto al secondo. Allo stesso tempo, più la DO è vicina a una per una data variante, più grande è il campione necessario per confermare in modo affidabile che l'associazione esiste davvero - che questa variante genetica influisce davvero sullo sviluppo della malattia.

Tale lavoro ha ora permesso di rilevare più di una dozzina di delezioni e duplicazioni submicroscopiche associate alla schizofrenia in tutto il genoma (si chiamano CNV - variazioni del numero di copie, uno dei CNV causa proprio la sindrome di DiGeorge a noi già nota). Per i CNV che sono stati trovati per causare schizofrenia, la OD varia da 4 a 60. Si tratta di valori elevati, ma a causa della loro estrema rarità, anche in totale, spiegano tutti solo una piccolissima parte dell'ereditabilità della schizofrenia nel popolazione. Qual è il responsabile dello sviluppo della malattia in tutti gli altri?

Dopo tentativi relativamente infruttuosi di trovare CNV che avrebbero causato lo sviluppo della malattia non in pochi rari casi, ma in una parte significativa della popolazione, i sostenitori del modello di "mutazione" avevano grandi speranze per un altro tipo di esperimento. Confrontano nei pazienti con schizofrenia e controlli sani non la presenza di massicci riarrangiamenti genetici, ma le sequenze complete di genomi o esomi (la totalità di tutte le sequenze codificanti le proteine). Tali dati, ottenuti utilizzando il sequenziamento ad alto rendimento, consentono di trovare caratteristiche genetiche rare e uniche che non possono essere rilevate con altri metodi.

L'economicità del sequenziamento ha consentito negli ultimi anni di condurre esperimenti di questo tipo su campioni piuttosto grandi, tra cui diverse migliaia di pazienti e altrettanti controlli sani in studi recenti. Qual'è il risultato? Purtroppo, finora è stato trovato un solo gene, in cui rare mutazioni sono associate in modo affidabile alla schizofrenia: questo è il gene SETD1A, codificando una delle proteine ​​importanti coinvolte nella regolazione della trascrizione. Come nel caso di CNV, il problema qui è lo stesso: mutazioni nel gene SETD1A non può spiegare una parte significativa dell'ereditabilità della schizofrenia a causa del fatto che sono semplicemente molto rari.

Relazione tra la prevalenza di varianti genetiche associate (asse orizzontale) e il loro impatto sul rischio di sviluppare schizofrenia (OR). Nella trama principale, i triangoli rossi mostrano alcuni dei CNV associati alla malattia identificati finora, i cerchi blu mostrano gli SNP di GWAS. L'incisione mostra aree di varianti genetiche rare e frequenti nelle stesse coordinate.

Ci sono indicazioni che esistono altre varianti rare e uniche che influenzano la suscettibilità alla schizofrenia. E un ulteriore aumento dei campioni negli esperimenti che utilizzano il sequenziamento dovrebbe aiutare a trovarne alcuni. Tuttavia, mentre lo studio di varianti rare può ancora fornire alcune informazioni preziose (soprattutto queste informazioni saranno importanti per la creazione di modelli cellulari e animali di schizofrenia), la maggior parte degli scienziati ora concorda sul fatto che le varianti rare svolgono solo un ruolo minore nell'ereditabilità. Il modello CV è molto più efficace nel descrivere l'architettura genetica della malattia. La fiducia nella correttezza del modello CV è nata innanzitutto con lo sviluppo di studi di tipo GWAS, di cui parleremo in dettaglio nella seconda parte. In breve, studi di questo tipo hanno messo in luce la variabilità genetica molto comune che descrive gran parte dell'ereditabilità della schizofrenia, la cui esistenza era prevista dal modello CV.

Un ulteriore supporto per il modello CV per la schizofrenia è la relazione tra il livello di predisposizione genetica alla schizofrenia e i cosiddetti disturbi dello spettro della schizofrenia. Anche i primi ricercatori sulla schizofrenia hanno notato che tra i parenti di pazienti con schizofrenia, spesso non ci sono solo altri pazienti con schizofrenia, ma anche personalità "eccentriche" con stranezze di carattere e sintomi simili allo schizofrenico, ma meno pronunciati. Successivamente, tali osservazioni hanno portato al concetto che esiste un intero insieme di malattie caratterizzate da disturbi più o meno pronunciati nella percezione della realtà. Questo gruppo di malattie è chiamato disturbo dello spettro della schizofrenia. Oltre a varie forme di schizofrenia, questi includono disturbi deliranti, disturbi della personalità schizotipica, paranoide e schizoide, disturbo schizoaffettivo e alcune altre patologie. Gottesman, proponendo il suo modello poligenico di schizofrenia, ha suggerito che le persone con valori di predisposizione alla malattia sottosoglia possono sviluppare altre patologie dello spettro schizofrenico e la gravità della malattia è correlata al livello di predisposizione.

Se questa ipotesi è corretta, sarebbe logico supporre che le varianti genetiche risultate associate alla schizofrenia si arricchirebbero anche tra le persone con disturbi dello spettro della schizofrenia. Per valutare la predisposizione genetica di ciascun individuo viene utilizzato un valore speciale, chiamato livello di rischio poligenico (punteggio di rischio poligenico). Il livello di rischio poligenico tiene conto del contributo totale di tutte le varianti di rischio comuni individuate nel GWAS, presenti nel genoma di una determinata persona, alla predisposizione alla malattia. Si è scoperto che, come previsto dal modello CV, i valori del livello di rischio poligenico sono correlati non solo con la schizofrenia stessa (che è banale), ma anche con altre malattie dello spettro della schizofrenia, e corrispondono livelli più elevati di rischio poligenico a gravi tipi di disturbi.

Eppure resta un problema: il fenomeno dei "vecchi padri". Se gran parte dell'evidenza empirica supporta il modello poligenico della schizofrenia, come si concilia con esso l'associazione di lunga data tra l'età alla paternità e il rischio dei figli di sviluppare la schizofrenia?

Un'elegante spiegazione di questo fenomeno è stata avanzata una volta in termini di modello CV. È stato suggerito che la paternità tardiva e la schizofrenia non siano rispettivamente causa ed effetto, ma siano due conseguenze di una causa comune, vale a dire la predisposizione genetica dei padri defunti alla schizofrenia. Da un lato, un alto livello di suscettibilità alla schizofrenia può essere correlato in uomini sani con una successiva paternità. D'altra parte, è chiaro che l'elevata predisposizione di un padre predetermina una maggiore probabilità che i suoi figli sviluppino la schizofrenia. Si scopre che possiamo trattare con due correlazioni indipendenti, il che significa che l'accumulo di mutazioni nei precursori degli spermatozoi maschili potrebbe non avere quasi alcun effetto sullo sviluppo della schizofrenia nella loro prole. Risultati di modelli recenti, tenendo conto dei dati epidemiologici, nonché di nuovi dati molecolari sulla frequenza de novo le mutazioni sono in buon accordo con questa spiegazione del fenomeno degli "antichi padri".

Pertanto, al momento possiamo presumere che non ci siano quasi argomenti convincenti a favore del modello RV "mutazionale" della schizofrenia. Quindi la chiave dell'eziologia della malattia risiede in quale particolare insieme di polimorfismi comuni causa la schizofrenia secondo il modello CV. Come i genetisti stanno cercando questo set e ciò che hanno già scoperto sarà l'argomento della seconda parte della nostra storia.

Arkadij Golov

La sindrome si manifesta per l'assenza di parte del materiale genetico localizzato sul braccio corto del cromosoma 11. La rimozione di un pezzo di materiale genetico è chiamata eliminazione. La cancellazione porta alla sconfitta di quelle funzioni che avrebbero dovuto essere svolte dai geni perduti.

Tutti i geni, ad eccezione di alcuni che si trovano sui cromosomi sessuali, sono rappresentati in duplicato. Ogni persona riceve una porzione di geni dalla madre, la seconda identica dal padre. Questi, a loro volta, hanno ricevuto le loro coppie di geni dai loro genitori. Il materiale genetico viene trasmesso dai genitori attraverso le cellule germinali. Le cellule sessuali (uovo o sperma) sono le uniche cellule del corpo che trasportano solo una copia del materiale genetico. Prima che il materiale genetico entri nella cellula germinale, i geni vengono mescolati tra le due copie dei geni e in ciascun genitore il materiale genetico viene posto nella cellula germinale, che è un mix del materiale che lui, a sua volta, ha ricevuto da i suoi genitori. La loro nuova vita verrà anche rimescolata prima di essere collocata nella gabbia del sesso per creare la prossima generazione. Questo processo è chiamato crossing over. Si verifica tra le regioni omologhe dei cromosomi, nel processo di formazione delle cellule germinali. Nel processo di crossing over, i geni possono creare nuove combinazioni. Tale miscelazione fornisce una varietà di nuove generazioni. Cosa serve? Ciò è necessario per garantire la variabilità generazionale, altrimenti passeremmo ai nostri figli le copie esatte dei cromosomi ricevuti da uno dei nostri genitori, la variabilità generazionale sarebbe estremamente limitata, il che renderebbe estremamente difficile l'evoluzione biologica sulla Terra, e quindi ridurrebbe possibilità di sopravvivenza. Nel momento in cui si verificano tali processi, un pezzo del cromosoma può staccarsi e ne risulterà una "cancellazione". Una cancellazione è un tipo di mutazione. Se è sorto per la prima volta, tale mutazione è chiamata mutazione de novo (la prima, iniziale). Oltre alle mutazioni che sono apparse per la prima volta nel corpo, ci sono mutazioni che sono ereditate. Una mutazione de novo può essere trasmessa alla generazione successiva, quindi non sarà più chiamata mutazione de novo.

Con la sindrome WAGR, parte del codice genetico viene rimosso e non c'è abbastanza materiale genetico.

In natura esistono stati inversi, quando la malattia si manifesta a causa di una copia extra del materiale genetico.
La manifestazione della sindrome WAGR dipende da quali geni vengono disattivati ​​a causa dell'eliminazione. I geni vicini cadono sempre. In WAGR, il gene PAX6 e il gene WT1 sono sempre persi, portando alla presentazione tipica della malattia. Le mutazioni puntiformi nel gene PAX6 portano all'aniridia e le mutazioni nel WT1 portano al tumore di Wilms. Con WAGR, non vi è alcuna mutazione di questi geni: i geni stessi sono assenti.
Le persone con sindrome WAGRO (lettera O aggiunta - obesità) hanno una lesione del gene BDNF. Questo gene è espresso nel cervello ed è importante nella vita dei neuroni. La proteina che viene prodotta sotto l'influenza di questo gene è molto probabilmente coinvolta nella regolazione della sazietà, della sete e del peso corporeo. La perdita di BDNF è molto probabilmente associata all'obesità infantile nei bambini con sindrome WAGRO. I pazienti con WAGRO sono a maggior rischio di problemi neurologici come declino intellettuale, autismo. Non è del tutto chiaro se questo rischio sia associato alla perdita del gene BDNF.

Sappiamo qualcosa sui geni che sono disattivati ​​nella sindrome WAGR:

WT1
WT1 è un gene (gene del tumore di Wilms) che secerne una proteina necessaria per il normale sviluppo dei reni e delle gonadi (ovaie nelle donne e testicoli negli uomini). In questi tessuti, la proteina svolge un ruolo nella differenziazione cellulare e nell'apoptosi. Per svolgere tutte queste funzioni, WT1 regola l'attività di altri geni legando regioni del DNA.
Il gene WT1 è necessario per sopprimere il tumore di Wilms. Esiste una variante del nome del gene oncosoppressore del tumore di Wilm1 (gene che sopprime lo sviluppo del tumore di Wilms). La sua mutazione o assenza porta ad un aumento del rischio di sviluppare un tumore. Proprio per la probabilità di essendo questo gene coinvolto nella sindrome WAGR, è necessario un monitoraggio permanente dello stato dei reni.

PAX6
PAX6 appartiene a una famiglia di geni che svolgono un ruolo critico nello sviluppo di organi e tessuti durante lo sviluppo embrionale. I membri della famiglia PAX sono importanti per il normale funzionamento di varie cellule del corpo dopo la nascita. I geni della famiglia PAX sono coinvolti nella sintesi di proteine ​​che legano specifiche regioni del DNA e quindi controllano l'attività di altri geni. A causa di questa proprietà, le proteine ​​PAX sono chiamate fattori di trascrizione.
Durante lo sviluppo embrionale, la proteina PAX 6 attiva i geni coinvolti nello sviluppo degli occhi, del cervello, del midollo spinale e del pancreas. PAX 6 è coinvolto nello sviluppo delle cellule nervose del tratto olfattivo, che sono responsabili dell'olfatto. Al momento, la funzione di PAX 6 durante lo sviluppo fetale molto probabilmente non è completamente compresa e nel tempo stiamo ottenendo nuovi fatti. Dopo la nascita di PAX6, la proteina regola molti geni negli occhi.
La mancanza della funzione del gene PAX 6 porta a problemi agli occhi dopo la nascita.

BDNF
Il gene BDNF codifica per una proteina presente nel cervello e nel midollo spinale. Questo gene svolge un ruolo nella crescita e nella maturazione delle cellule nervose. La proteina BDNF è attiva nelle sinapsi nel cervello. Le sinapsi possono cambiare e adattarsi in risposta all'esperienza. La proteina BDNF aiuta a regolare la variabilità sinaptica, essenziale per l'apprendimento e la memoria.
Il BDNF è una proteina presente nelle regioni del cervello responsabili della sazietà, della sete e del peso corporeo. Molto probabilmente, questa proteina contribuisce a questi processi.
L'espressione di questo gene è ridotta nelle malattie di Alzheimer, Parkinson e Huntington, questo gene può svolgere un ruolo nelle risposte allo stress e nei disturbi dell'umore. Il gene BDNF ha attirato l'attenzione di molti ricercatori. Ci sono lavori che studiano l'attività della proteina BDNF nel cervello a seconda dell'esercizio, della dieta, dello stress mentale e di altre condizioni. L'attività di questa proteina è associata all'attività mentale e agli stati mentali e si tenta di influenzarne il livello.
Sarei grato per avermi indirizzato a nuove informazioni su questo argomento. Scrivi tutto nei commenti.

Nota:
Le parole proteine ​​e proteine ​​sono sinonimi.

Rilevazione della mutazione denovo nel gene della distrofina e suo significato per la consulenza genetica medica nella distrofia muscolare di Duchenne

(osservazione clinica)

Muravleva EA, Starodubova AV, Pyshkina NP, Duisenova OS

Consulente scientifico: d.m.s. Assoc. Kolokolov O.V.

Istituzione educativa statale per l'istruzione professionale superiore Università medica statale di Saratov im. IN E. Razumovsky Ministero della Salute della Federazione Russa

Dipartimento di Neurologia FPC e PPS li. KN Tretyakova

Introduzione. La distrofia muscolare di Duchenne (DMD) è una delle malattie neuromuscolari ereditarie più comuni. La sua prevalenza è 2-5: 100.000 della popolazione, la frequenza della popolazione è 1: 3.500 neonati. Questa forma di distrofia muscolare fu descritta per la prima volta da Edward Meryon (1852) e Guillaume Duchenne (1861).

La malattia è caratterizzata da un pattern ereditario recessivo legato all'X e da un decorso grave e progressivo. La DMD è causata da una mutazione nel gene della distrofina, il cui locus si trova su Xp21.2. Circa il 30% dei casi è causato da mutazioni de novo, il 70% - dal trasporto della mutazione da parte della madre del probando. La distrofina è responsabile del collegamento del citoscheletro di ciascuna fibra muscolare alla lamina basale principale (matrice extracellulare) attraverso un complesso proteico costituito da molte subunità. L'assenza di distrofina porta alla penetrazione del calcio in eccesso nel sarcolemma (membrana cellulare). Le fibre muscolari subiscono necrosi, il tessuto muscolare viene sostituito dal tessuto adiposo e dal tessuto connettivo.

La moderna diagnosi di DMD si basa sulla valutazione della conformità delle manifestazioni della malattia con criteri clinici, anamnestici e di laboratorio (creatinchinasi sierica (CS), elettroneuromiografia (ENMG), studio istochimico della biopsia muscolare), analisi genealogiche e dati provenienti da studi di genetica molecolare.

La conduzione di consulenza genetica medica attualmente in molte famiglie può impedire la nascita di un bambino malato. La diagnosi del DNA prenatale all'inizio della gravidanza nelle famiglie con un bambino affetto da DMD consentirà ai genitori di scegliere ulteriori tattiche e, possibilmente, di interrompere precocemente la gravidanza se il feto ha una malattia.

In alcuni casi, il quadro clinico si osserva nelle donne: portatori eterozigoti del gene mutante sotto forma di aumento dei muscoli del polpaccio, debolezza muscolare moderata, diminuzione dei riflessi tendinei e periostale, secondo studi paraclinici, il livello di CCS aumenta. Inoltre, le manifestazioni cliniche classiche della DMD possono verificarsi nelle donne con sindrome di Shereshevsky-Turner (genotipo 45, CW).

Esempio clinico. Nella nostra clinica si osserva un bambino K. di 7 anni, che lamenta debolezza nei muscoli delle braccia e delle gambe, affaticamento durante la lunga camminata. La madre del bambino nota che ha cadute periodiche, difficoltà a salire le scale, disturbi dell'andatura (come un "anatra"), difficoltà ad alzarsi da una posizione seduta, aumento di volume dei muscoli del polpaccio.

Lo sviluppo iniziale del bambino è stato tranquillo. All'età di 3 anni, le persone circostanti hanno notato violazioni delle funzioni motorie sotto forma di difficoltà quando salivano le scale, quando si alzava, il bambino non prendeva parte a giochi all'aperto e iniziava a stancarsi rapidamente. Quindi l'andatura da anatra è cambiata. Le difficoltà aumentano quando ci si alza da una posizione seduta o da una posizione prona: alzarsi passo dopo passo con una “scala” con l'uso attivo delle mani. A poco a poco, è diventato evidente un aumento del volume del polpaccio e di alcuni altri muscoli.

All'esame neurologico, il segno clinico principale è la tetraparesi periferica prossimale simmetrica, più pronunciata nelle gambe (forza muscolare nelle parti prossimali degli arti superiori - 3-4 punti, nelle parti distali - 4 punti, nelle parti prossimali del gli arti inferiori - 2-3 punti, nelle parti distali - 4 punti). L'andatura viene modificata in base al tipo "anatra". Utilizza tecniche ausiliarie ("miopatiche"), ad esempio alzandosi in piedi con una "scala". Il tono muscolare è ridotto, non ci sono contratture. Ipotrofia dei muscoli del bacino e del cingolo scapolare. Caratteristiche "miopatiche", ad esempio sotto forma di un ampio spazio interscapolare. C'è pseudoipertrofia dei muscoli del polpaccio. Riflessi tendinei e periostale - senza una differenza significativa nei lati; bicipitale - basso, tricipitale e carporadiale - vivacità media, ginocchio e Achille - basso. Sulla base dei risultati clinici, si sospettava la DMD.

Nello studio del KKS, il suo livello era di 5379 unità/l, che è 31 volte superiore alla norma (la norma è fino a 171 unità/l). Secondo ENMG, sono stati registrati segni più caratteristici di un processo muscolare primario moderatamente in corso. Pertanto, i dati ottenuti hanno confermato la presenza di DMD nel paziente.

Oltre al probando, furono visitati i suoi genitori e la sorella maggiore. Nessuno dei parenti del probando aveva manifestazioni cliniche di DMD. Tuttavia, la madre ha notato un leggero aumento di volume dei muscoli del polpaccio. Secondo l'analisi genealogica, il probando è l'unico malato della famiglia. Allo stesso tempo, non è da escludere che la madre del bambino e la sorella del probando siano portatrici eterozigoti del gene mutante (Fig. 1).

Riso. 1 pedigree

Nell'ambito della consulenza genetica medica, la famiglia K. è stata esaminata per la presenza/assenza di delezioni e duplicazioni nel gene della distrofina. L'analisi genetica molecolare nel laboratorio di diagnostica del DNA del Centro scientifico statale di Mosca dell'Accademia russa delle scienze mediche ha rivelato una delezione dell'esone 45 nel probando K., che alla fine conferma la diagnosi clinica stabilita di DMD. La delezione dell'esone 45 trovata nel figlio non è stata trovata nella madre. Nella sorella, a seguito dell'analisi, non è stata trovata la delezione dell'esone 45, che è stata rilevata nel fratello. Pertanto, nel soggetto, la mutazione ha molto probabilmente un'origine de novo, ma può anche essere il risultato di un mosaicismo germinale nella madre. Di conseguenza, con una mutazione de novo, il rischio di avere un figlio malato in una madre sarà determinato dalla frequenza nella popolazione di questa mutazione (1:3500, ‹‹1%), che è molto inferiore rispetto a una recessiva legata all'X tipo di eredità (50% dei maschi). Poiché è impossibile escludere del tutto che la mutazione possa essere il risultato di mosaicismo germinale, in cui viene violata l'eredità secondo le leggi di Mendel, la diagnosi prenatale è raccomandata durante una gravidanza successiva nella madre e nella sorella del probando.

Conclusione. Attualmente, il medico dispone di un ampio arsenale di farmaci sintomatici utilizzati nel trattamento della DMD, tuttavia, nonostante i risultati della scienza, il trattamento eziologico della DMD non è stato ancora sviluppato e non esistono farmaci efficaci per il trattamento sostitutivo della DMD. Secondo una recente ricerca sulle cellule staminali, esistono vettori promettenti che possono sostituire il tessuto muscolare danneggiato. Tuttavia, allo stato attuale, è possibile solo un trattamento sintomatico, volto a migliorare la qualità della vita del paziente. A questo proposito, la diagnosi precoce della DMD gioca un ruolo importante per lo svolgimento tempestivo della consulenza genetica medica e per la scelta di ulteriori tattiche di pianificazione familiare. Per la diagnosi del DNA prenatale, il test della biopsia corionica (CVS) può essere eseguito a 11-14 settimane di gestazione, l'amniocentesi può essere utilizzata dopo 15 settimane e il prelievo di sangue fetale è possibile a circa 18 settimane. Se il test viene eseguito all'inizio della gravidanza, è possibile interrompere anticipatamente la gravidanza se il feto ha una malattia. In alcuni casi, è consigliabile condurre una diagnostica del DNA preimpianto seguita da una fecondazione in vitro.

Conclusioni. Per garantire la diagnosi precoce e la prevenzione della DMD, è necessario utilizzare più ampiamente i metodi di diagnostica genetica molecolare; aumentare la vigilanza degli operatori in relazione a questa patologia. Con una mutazione de novo, il rischio di avere un figlio malato in una madre è determinato dalla frequenza nella popolazione della mutazione del gene della distrofina. Nei casi in cui la madre del probando è portatrice della mutazione, per la pianificazione familiare è necessaria la diagnostica del DNA prenatale o perimplantare.