Genetica medicala. Detectarea unei mutații de novo în gena distrofinei și semnificația acesteia pentru consilierea genetică medicală în distrofia musculară Duchenne (observare clinică)
Trei grupuri de oameni de știință americani, independent unul de celălalt, au reușit pentru prima dată să stabilească o legătură între mutațiile anumitor gene și probabilitatea ca un copil să dezvolte tulburări din spectrul autist, potrivit The New York Times. În plus, cercetătorii au găsit o confirmare științifică a relației directe identificate anterior între vârsta părinților, în special a taților, și riscul de a dezvolta autism la urmași.
Toate cele trei grupuri s-au concentrat pe un grup rar de mutații genetice numite „de novo”. Aceste mutații nu sunt moștenite, ci apar în timpul concepției. Ca material genetic, s-au prelevat probe de sânge de la membrii familiei la care părinții nu erau autisti, iar copiii au dezvoltat diverse tulburări din spectrul autismului.
Prima echipă de oameni de știință, condusă de Matthew W. State, profesor de genetică și psihiatrie infantilă la Universitatea Yale, a cărei lucrare a fost publicată pe 4 aprilie în revista Nature, a analizat prezența mutațiilor de novo la 200 de persoane diagnosticate cu autism, ai căror părinți , frații nu erau autisti. Drept urmare, doi copii au fost găsiți cu aceeași mutație în aceeași genă, fără a le lega altceva decât diagnosticul.
„Este ca și cum ai lovi de două ori același punct cu un dart pe o țintă când joci săgeți. Există o șansă de 99,9999% ca mutația detectată să fie asociată cu autismul”, citează profesorul State în publicație.
O echipă condusă de Evan E. Eichler, profesor de genetică la Universitatea din Washington, a examinat probe de sânge de la 209 familii cu copii autisti și a găsit aceeași mutație în aceeași genă la un copil. În plus, au fost identificați doi copii cu autism din familii diferite care aveau mutații „de novo” identice, dar în gene diferite. Asemenea coincidențe nu au fost observate la subiecții care nu erau autisti.
Un al treilea grup de cercetători, condus de profesorul Mark J. Daly de la Universitatea Harvard, a găsit mai multe mutații de novo în aceleași trei gene la copiii cu autism. Cel puțin o mutație de acest tip este prezentă în genotipul oricărei persoane, dar, crede Daly, autistii, în medie, au mult mai mulți dintre ei.
Toate cele trei grupuri de cercetători au confirmat, de asemenea, relația observată anterior între vârsta parentală și autism la copii. Cu cât părinții sunt mai în vârstă, în special tatăl, cu atât este mai mare riscul de mutații de novo. După ce a analizat 51 de mutații, echipa condusă de profesorul Eichler a descoperit că acest tip de daune apare de patru ori mai des în ADN-ul masculin decât la femeie. Și cu atât mai mult dacă vârsta unui bărbat depășește 35 de ani. Astfel, oamenii de știință sugerează că materialul genetic patern deteriorat obținut de descendenți la concepție este sursa acelor mutații care duc la dezvoltarea tulburărilor autiste.
Oamenii de știință sunt de acord că căutarea modalităților de a preveni o astfel de dezvoltare a evenimentelor va fi una lungă, studiul naturii genetice a autismului abia la început. În special, echipele lui Eichler și Daly au găsit dovezi că genele cu mutații de novo sunt implicate în aceleași procese biologice. „Dar acesta este doar vârful vârfului aisbergului”, a spus profesorul Eichler. „Principalul este că ne-am pus cu toții de acord asupra de unde să începem”.
Schizofrenia este una dintre cele mai misterioase și complexe boli și în multe feluri. Este dificil de diagnosticat - încă nu există un consens dacă această boală este una sau mai multe asemănătoare între ele. Este dificil să-l tratezi - acum există doar medicamente care suprimă așa-numitele. simptome pozitive (cum ar fi delirul), dar nu ajută la readucerea persoanei la o viață plină. Schizofrenia este greu de studiat - nici un alt animal, cu excepția oamenilor, nu suferă de ea, așa că aproape nu există modele pentru a o studia. Schizofrenia este foarte greu de înțeles din punct de vedere genetic și evolutiv – este plină de contradicții pe care biologii încă nu le pot rezolva. Cu toate acestea, vestea bună este că, în ultimii ani, lucrurile au părut în sfârșit că au demarat. Am vorbit deja despre istoria descoperirii schizofreniei și despre primele rezultate ale studiului acesteia prin metode neurofiziologice. De data aceasta vom vorbi despre modul în care oamenii de știință caută cauzele genetice ale bolii.
Importanța acestei lucrări nu este că aproape fiecare sută persoană de pe planetă suferă de schizofrenie, iar progresul în acest domeniu ar trebui cel puțin să simplifice radical diagnosticul, chiar dacă nu este posibil să se creeze imediat un medicament bun. Importanța cercetării genetice constă în faptul că deja schimbă înțelegerea noastră asupra mecanismelor fundamentale de moștenire a trăsăturilor complexe. Dacă oamenii de știință reușesc să înțeleagă cum o boală atât de complexă precum schizofrenia se poate „ascunde” în ADN-ul nostru, aceasta va însemna o descoperire radicală în înțelegerea organizării genomului. Iar semnificația unei astfel de lucrări va depăși cu mult psihiatria clinică.
În primul rând, câteva fapte brute. Schizofrenia este o boală mintală severă, cronică, invalidantă, care afectează de obicei oamenii la o vârstă fragedă. Afectează aproximativ 50 de milioane de oameni din întreaga lume (puțin mai puțin de 1% din populație). Boala este însoțită de apatie, lipsă de voință, adesea halucinații, delir, dezorganizare a gândirii și a vorbirii și tulburări motorii. Simptomele cauzează de obicei izolarea socială și performanța redusă. Un risc crescut de sinucidere la pacienții cu schizofrenie, precum și boli somatice concomitente, duce la faptul că speranța lor generală de viață este redusă cu 10-15 ani. În plus, pacienții cu schizofrenie au mai puțini copii: bărbații au în medie 75 la sută, femeile - 50 la sută.
Ultima jumătate de secol a fost o perioadă de progrese rapide în multe domenii ale medicinei, dar acest progres a afectat cu greu prevenirea și tratamentul schizofreniei. Nu în ultimul rând, acest lucru se datorează faptului că încă nu avem o idee clară despre încălcarea a căror procese biologice este cauza dezvoltării bolii. Această lipsă de înțelegere a făcut ca de la introducerea pe piață a primului medicament antipsihotic clorpromazină (denumire comercială: Aminazine) în urmă cu mai bine de 60 de ani, nu a existat o schimbare calitativă în tratamentul bolii. Toate antipsihoticele aprobate în prezent pentru tratamentul schizofreniei (ambele tipice, inclusiv clorpromazina și cele atipice) au același mecanism principal de acțiune: reduc activitatea receptorilor dopaminergici, ceea ce elimină halucinațiile și iluziile, dar, din păcate, are un efect redus asupra negativului. simptome, cum ar fi apatia, lipsa de voință, tulburările de gândire etc. Nici măcar nu menționăm efecte secundare. O dezamăgire comună în cercetarea schizofreniei este că companiile de medicamente au redus de multă finanțare pentru antipsihotice, chiar dacă numărul total de studii clinice continuă să crească. Cu toate acestea, speranța de clarificare a cauzelor schizofreniei a venit dintr-o direcție destul de neașteptată - este asociată cu progrese fără precedent în genetica moleculară.
Responsabilitate colectivă
Chiar și primii cercetători ai schizofreniei au observat că riscul de a se îmbolnăvi este strâns legat de prezența rudelor bolnave. Încercările de stabilire a mecanismului de moștenire a schizofreniei au fost făcute aproape imediat după redescoperirea legilor lui Mendel, chiar la începutul secolului XX. Cu toate acestea, spre deosebire de multe alte boli, schizofrenia nu a vrut să se încadreze în cadrul modelelor mendeliene simple. În ciuda eredității ridicate, nu a fost posibilă asocierea cu una sau mai multe gene, prin urmare, până la mijlocul secolului, așa-numita. teorii psihogene ale dezvoltării bolii. În acord cu psihanaliza, care era extrem de populară până la mijlocul secolului, aceste teorii explicau ereditabilitatea aparentă a schizofreniei nu prin genetică, ci prin caracteristicile creșterii și o atmosferă nesănătoasă în familie. Exista chiar și așa ceva ca „părinții schizofrenogeni”.
Cu toate acestea, această teorie, în ciuda popularității sale, nu a durat mult. Punctul final asupra întrebării dacă schizofrenia este o boală ereditară a fost pus de studii psihogenetice efectuate deja în anii 60-70. Acestea au fost în primul rând studii pe gemeni, precum și studii asupra copiilor adoptați. Esența studiilor pe gemeni este de a compara probabilitățile de manifestare a unui semn - în acest caz, dezvoltarea bolii - la gemeni identici și fraterni. Întrucât diferența de efect al mediului asupra gemenilor nu depinde de faptul că aceștia sunt identici sau fraterni, diferențele dintre aceste probabilități ar trebui să provină în principal din faptul că gemenii identici sunt identici din punct de vedere genetic, în timp ce gemenii fraterni au în medie doar jumătate din cele comune. variante ale genelor.
În cazul schizofreniei, s-a dovedit că concordanța gemenilor identici este de peste 3 ori mai mare decât concordanța gemenilor fraterni: pentru primul este de aproximativ 50 la sută, iar pentru al doilea - mai puțin de 15 la sută. Aceste cuvinte trebuie înțelese după cum urmează: dacă ai un frate geamăn identic care suferă de schizofrenie, atunci tu însuți te vei îmbolnăvi cu o probabilitate de 50 la sută. Dacă tu și fratele tău sunteți gemeni fraterni, atunci riscul de a vă îmbolnăvi nu este mai mare de 15%. Calculele teoretice, care iau în considerare în plus și prevalența schizofreniei în populație, estimează contribuția eredității la dezvoltarea bolii la un nivel de 70-80 la sută. Pentru comparație, înălțimea și indicele de masă corporală sunt moștenite aproape în același mod - trăsături care au fost întotdeauna considerate strâns legate de genetică. Apropo, așa cum sa dovedit mai târziu, aceeași ereditabilitate ridicată este caracteristică pentru trei dintre celelalte patru boli psihice majore: tulburarea de hiperactivitate cu deficit de atenție, tulburarea bipolară și autismul.
Rezultatele studiilor pe gemeni au fost pe deplin confirmate în studiul copiilor care s-au născut din pacienți cu schizofrenie și au fost adoptați în copilăria timpurie de către părinți adoptivi sănătoși. S-a dovedit că riscul lor de a dezvolta schizofrenie nu este redus în comparație cu copiii crescuți de părinții lor schizofrenici, ceea ce indică clar rolul cheie al genelor în etiologie.
Și aici ajungem la una dintre cele mai misterioase trăsături ale schizofreniei. Cert este că, dacă se moștenește atât de puternic și, în același timp, are un efect foarte negativ asupra aptitudinii purtătorului (amintim că pacienții cu schizofrenie lasă cel puțin jumătate din mulți descendenți decât oamenii sănătoși), atunci cum reușește să ramane in populatie cel putin ? Această contradicție, în jurul căreia are loc în multe privințe principala luptă între diferite teorii, a fost numită „paradoxul evolutiv al schizofreniei”.
Până de curând, oamenii de știință au fost complet neclar ce caracteristici specifice ale genomului pacienților cu schizofrenie predetermină dezvoltarea bolii. De zeci de ani, a existat o dezbatere aprinsă nici măcar despre care gene sunt modificate la pacienții cu schizofrenie, ci despre care este „arhitectura” genetică generală a bolii.
Înseamnă următoarele. Genomul persoanelor individuale este foarte asemănător unul cu celălalt, diferențele fiind în medie mai mici de 0,1% din nucleotide. Unele dintre aceste caracteristici distinctive ale genomului sunt destul de răspândite în populație. În mod convențional, se consideră că, dacă apar la mai mult de un procent din oameni, pot fi numite variante comune sau polimorfisme. Se crede că aceste variante comune au apărut în genomul uman cu peste 100.000 de ani în urmă, înainte de prima migrare din Africa a strămoșilor oamenilor moderni, așa că se găsesc în mod obișnuit în majoritatea subpopulațiilor umane. Desigur, pentru a exista într-o parte semnificativă a populației timp de mii de generații, majoritatea polimorfismelor nu ar trebui să fie prea dăunătoare purtătorilor lor.
Cu toate acestea, în genomul fiecăruia dintre oameni există și alte trăsături genetice - mai tinere și mai rare. Majoritatea nu oferă transportatorilor niciun avantaj, astfel încât frecvența lor în populație, chiar dacă sunt fixe, rămâne nesemnificativă. Multe dintre aceste trăsături (sau mutații) au un efect negativ mai mult sau mai puțin pronunțat asupra fitnessului, așa că sunt eliminate treptat prin selecție negativă. În schimb, ca urmare a unui proces de mutație continuu, apar și alte noi variante dăunătoare. În concluzie, frecvența oricăreia dintre noile mutații nu depășește aproape niciodată 0,1 la sută, iar astfel de variante sunt numite rare.
Deci, arhitectura unei boli înseamnă exact care variante genetice - comune sau rare, având un efect fenotipic puternic, sau crescând doar puțin riscul de a dezvolta o boală - predetermina apariția acesteia. În jurul acestei probleme s-a purtat, până de curând, principala dezbatere despre genetica schizofreniei.
Singurul fapt stabilit incontestabil prin metodele genetice moleculare privind genetica schizofreniei în ultima treime a secolului XX este complexitatea sa incredibilă. Astăzi este evident că predispoziția la boală este determinată de modificări la zeci de gene. În același timp, toate „arhitecturile genetice” ale schizofreniei propuse în acest timp pot fi combinate în două grupe: modelul „boală comună – variante comune” (CV) și modelul „boală comună – variante rare” (boală comună - variante). variante rare”, RV). Fiecare dintre modele a oferit propria sa explicație despre „paradoxul evolutiv al schizofreniei”.
RV vs. CV
Conform modelului CV, substratul genetic al schizofreniei este un set de trăsături genetice, o poligenă, asemănătoare cu ceea ce determină moștenirea trăsăturilor cantitative precum înălțimea sau greutatea corporală. O astfel de poligenă este un set de polimorfisme, fiecare dintre ele afectând doar ușor fiziologia (se numesc „cauzale”, deoarece, deși nu singure, duc la dezvoltarea bolii). Pentru a menține o rată de incidență destul de ridicată caracteristică schizofreniei, este necesar ca această poligenă să fie compusă din variante comune - la urma urmei, este foarte dificil să colectezi multe variante rare într-un singur genom. În consecință, fiecare persoană are zeci de astfel de variante riscante în genomul său. În concluzie, toate variantele cauzale determină predispoziția genetică (răspunderea) fiecărui individ față de boală. Se presupune că pentru caracteristicile calitative complexe, cum ar fi schizofrenia, există o anumită valoare prag a predispoziției și numai acele persoane a căror predispoziție depășește această valoare de prag dezvoltă boala.
Model de prag de susceptibilitate la boli. Este prezentată o distribuție normală a predispoziției trasată pe axa orizontală. Persoanele a căror predispoziție depășește valoarea de prag dezvoltă boala.
Pentru prima dată, un astfel de model poligenic de schizofrenie a fost propus în 1967 de către unul dintre fondatorii geneticii psihiatrice moderne, Irving Gottesman, care și-a adus o contribuție semnificativă la demonstrarea naturii ereditare a bolii. Din punctul de vedere al adepților modelului CV, persistența unei frecvențe mari a variantelor cauzale ale schizofreniei în populație de-a lungul multor generații poate avea mai multe explicații. În primul rând, fiecare astfel de variantă individuală are un efect destul de mic asupra fenotipului, astfel de variante „cvasi-neutre” pot fi invizibile pentru selecție și rămân comune în populații. Acest lucru este valabil mai ales pentru populațiile cu dimensiuni efective scăzute, unde influența hazardului nu este mai puțin importantă decât presiunea de selecție - aceasta include populația speciei noastre.
Pe de altă parte, s-au făcut presupuneri cu privire la prezența în cazul schizofreniei a așa-numitului. echilibrarea selecției, adică efectul pozitiv al „polimorfismelor schizofrenice” asupra purtătorilor sănătoși. Nu este atât de greu de imaginat. Se știe, de exemplu, că indivizii schizoizi cu o predispoziție genetică ridicată la schizofrenie (dintre care există mulți printre rudele apropiate ale pacienților) se caracterizează printr-un nivel crescut de abilități creative, care le poate crește ușor adaptarea (acest lucru a fost deja arătate în mai multe lucrări). Genetica populației permite o situație în care efectul pozitiv al variantelor cauzale la purtătorii sănătoși poate depăși consecințele negative pentru acei oameni care au prea multe dintre aceste „mutații bune”, ceea ce a dus la dezvoltarea bolii.
Al doilea model de bază al arhitecturii genetice a schizofreniei este modelul RV. Ea sugerează că schizofrenia este un concept colectiv și că fiecare caz individual sau istoric familial al bolii este o boală cvasi-mendeliană separată asociată în fiecare caz individual cu modificări unice ale genomului. În acest model, variantele genetice cauzale sunt supuse unei presiuni de selecție foarte puternice și sunt îndepărtate rapid din populație. Dar, deoarece în fiecare generație apar un număr mic de mutații noi, se stabilește un anumit echilibru între selecție și apariția unor variante cauzale.
Pe de o parte, modelul RV poate explica de ce schizofrenia este foarte bine moștenită, dar genele sale universale nu au fost încă găsite: la urma urmei, fiecare familie moștenește propriile mutații cauzale și pur și simplu nu există unele universale. Pe de altă parte, dacă ne ghidăm după acest model, atunci trebuie să admitem că mutațiile în sute de gene diferite pot duce la același fenotip. La urma urmei, schizofrenia este o boală comună, iar apariția de noi mutații este rară. De exemplu, datele privind secvențierea tripleților tată-mamă-copil arată că în fiecare generație apar doar 70 de noi substituții de un singur nucleotide la 6 miliarde de nucleotide ale genomului diploid, dintre care, în medie, doar câteva pot avea efect teoretic. asupra fenotipului și mutații de alte tipuri - o apariție și mai rară.
Cu toate acestea, unele dovezi empirice susțin indirect acest model al arhitecturii genetice a schizofreniei. De exemplu, la începutul anilor 1990, s-a descoperit că aproximativ 1% din toți pacienții cu schizofrenie aveau o microdeleție într-una dintre regiunile cromozomului 22. În marea majoritate a cazurilor, această mutație nu este moștenită de la părinți, ci apare de novoîn timpul gametogenezei. Unul din 2.000 de oameni se naște cu această microdeleție, care duce la o varietate de anomalii în organism, numite „sindrom DiGeorge”. Cei care suferă de acest sindrom se caracterizează prin afectarea severă a funcțiilor cognitive și a imunității, adesea însoțită de hipocalcemie, precum și de probleme cu inima și rinichii. Un sfert dintre persoanele cu sindrom DiGeorge dezvoltă schizofrenie. Ar fi tentant să sugerăm că alte cazuri de schizofrenie se datorează unor tulburări genetice similare cu consecințe catastrofale.
O altă observație empirică susținând indirect rolul de novo mutații în etiologia schizofreniei este relația dintre riscul de îmbolnăvire cu vârsta tatălui. Deci, potrivit unor date, printre cei ai căror tați aveau peste 50 de ani la momentul nașterii, sunt de 3 ori mai mulți pacienți cu schizofrenie decât printre cei ai căror tați aveau sub 30 de ani. de novo mutatii. O astfel de conexiune, de exemplu, a fost stabilită de mult timp pentru cazuri sporadice de altă boală ereditară (monogenă) - acondroplazia. Această corelație a fost confirmată cel mai recent de datele de secvențiere a tripleților menționate mai sus: de novo mutațiile sunt asociate cu vârsta tatălui, dar nu și cu vârsta mamei. Conform calculelor oamenilor de știință, în medie, un copil primește 15 mutații de la mamă, indiferent de vârsta ei, și de la tată - 25 dacă are 20 de ani, 55 dacă are 35 de ani și mai mult de 85 dacă are este peste 50. Adică numărul de novo mutațiile în genomul copilului cresc cu două cu fiecare an de viață a tatălui.
Împreună, aceste date păreau să indice destul de clar rolul cheie de novo mutații în etiologia schizofreniei. Cu toate acestea, situația s-a dovedit a fi mult mai complicată. Chiar și după separarea celor două teorii principale, timp de zeci de ani genetica schizofreniei a stagnat. Aproape nicio dovadă fiabilă reproductibilă nu a fost obținută în favoarea unuia dintre ele. Nici despre arhitectura genetică generală a bolii, nici despre variantele specifice care afectează riscul de dezvoltare a bolii. Un salt brusc a avut loc în ultimii 7 ani și este asociat în primul rând cu descoperirile tehnologice.
Caut gene
Secvențierea primului genom uman, îmbunătățirea ulterioară a tehnologiilor de secvențiere și apoi apariția și introducerea pe scară largă a secvențierii cu randament ridicat au făcut în sfârșit posibilă obținerea unei înțelegeri mai mult sau mai puțin complete a structurii variabilității genetice în populația umană. Aceste noi informații au început imediat să fie utilizate pentru o căutare la scară largă a determinanților genetici ai predispoziției la anumite boli, inclusiv schizofrenia.
Studii similare sunt structurate astfel. În primul rând, se colectează un eșantion de persoane bolnave (cazuri) neînrudite și un eșantion de indivizi sănătoși (martori) neînrudiți de aproximativ aceeași dimensiune. Toți acești oameni sunt determinati de prezența anumitor variante genetice – tocmai în ultimii 10 ani, cercetătorii au posibilitatea de a le determina la nivelul întregului genom. Apoi, se compară frecvența de apariție a fiecăreia dintre variantele identificate între grupuri de bolnavi și un grup de control. Dacă în același timp este posibil să se găsească o îmbogățire semnificativă statistic a uneia sau alteia variante în purtători, se numește asociere. Astfel, printre numărul mare de variante genetice existente se numără cele care sunt asociate cu dezvoltarea bolii.
O măsură importantă care caracterizează efectul unei variante asociate bolii este OD (odds ratio, risk ratio), care este definită ca raportul dintre șansele de îmbolnăvire la purtătorii acestei variante față de acele persoane care nu o au. Dacă valoarea OD a unei variante este 10, aceasta înseamnă următoarele. Dacă luăm la întâmplare un grup de purtători ai variantei și un grup egal de persoane care nu au această variantă, se dovedește că în primul grup vor fi de 10 ori mai mulți pacienți decât în al doilea. În același timp, cu cât OD este mai aproape de unul pentru o anumită variantă, cu atât este nevoie de eșantion mai mare pentru a confirma în mod fiabil că asocierea există cu adevărat - că această variantă genetică afectează cu adevărat dezvoltarea bolii.
O astfel de muncă a făcut acum posibilă detectarea a mai mult de o duzină de deleții și duplicări submicroscopice asociate cu schizofrenia în întregul genom (se numesc CNV - variații ale numărului de copii, unul dintre CNV-uri doar provoacă sindromul DiGeorge deja cunoscut de noi). Pentru CNV care s-a dovedit a cauza schizofrenie, OD variază de la 4 la 60. Acestea sunt valori mari, dar datorită rarității lor extreme, chiar și în total, toate explică doar o foarte mică parte din ereditabilitatea schizofreniei în populatia. Ce este responsabil pentru dezvoltarea bolii la toți ceilalți?
După încercări relativ nereușite de a găsi CNV care să provoace boli nu în câteva cazuri rare, ci într-o parte semnificativă a populației, susținătorii modelului „mutației” și-au pus speranțe mari într-un alt tip de experiment. Ei compară la pacienții cu schizofrenie și controale sănătoase nu prezența unor rearanjamente genetice masive, ci secvențele complete de genomi sau exomi (totalitatea tuturor secvențelor care codifică proteine). Astfel de date, obținute folosind secvențierea de mare debit, fac posibilă găsirea de caracteristici genetice rare și unice care nu pot fi detectate prin alte metode.
Reducerea costului de secvențiere a făcut posibilă în ultimii ani efectuarea de experimente de acest tip pe eșantioane destul de mari, inclusiv câteva mii de pacienți și același număr de controale sănătoase în studiile recente. Care este rezultatul? Din păcate, până acum a fost găsită o singură genă, în care mutațiile rare sunt asociate în mod fiabil cu schizofrenia - aceasta este gena SETD1A, care codifică una dintre proteinele importante implicate în reglarea transcripției. Ca și în cazul CNV, problema este și aici aceeași: mutații ale genei SETD1A nu poate explica nicio parte semnificativă a eredității schizofreniei datorită faptului că sunt pur și simplu foarte rare.
Relația dintre prevalența variantelor genetice asociate (axa orizontală) și impactul acestora asupra riscului de a dezvolta schizofrenie (OR). În graficul principal, triunghiurile roșii arată unele dintre CNV-urile asociate bolii identificate până acum, cercurile albastre arată SNP-urile de la GWAS. Incizia prezinta zone de variante genetice rare si frecvente in aceleasi coordonate.
Există indicii că există și alte variante rare și unice care influențează susceptibilitatea la schizofrenie. Și creșterea suplimentară a eșantioanelor în experimentele care utilizează secvențierea ar trebui să ajute la găsirea unora dintre ele. Cu toate acestea, în timp ce studiul variantelor rare poate oferi încă unele informații valoroase (în special aceste informații vor fi importante pentru crearea modelelor celulare și animale ale schizofreniei), majoritatea oamenilor de știință sunt acum de acord că variantele rare joacă doar un rol minor în heritabilitate. Modelul CV este mult mai bun în a descrie arhitectura genetică a bolii. Încrederea în corectitudinea modelului CV a venit în primul rând odată cu dezvoltarea unor studii de tip GWAS, despre care vom discuta în detaliu în partea a doua. Pe scurt, studiile de acest tip au scos la iveală variabilitatea genetică foarte comună care descrie o mare parte din ereditabilitatea schizofreniei, a cărei existență a fost prezisă de modelul CV.
Sprijin suplimentar pentru modelul CV pentru schizofrenie este relația dintre nivelul de predispoziție genetică la schizofrenie și așa-numitele tulburări din spectrul schizofreniei. Chiar și primii cercetători ai schizofreniei au observat că printre rudele pacienților cu schizofrenie se găsesc adesea nu numai alți pacienți cu schizofrenie, ci și personalități „excentrice” cu ciudățenii de caracter și simptome asemănătoare schizofreniei, dar mai puțin pronunțate. Ulterior, astfel de observații au condus la conceptul că există un întreg set de boli care se caracterizează prin tulburări mai mult sau mai puțin pronunțate în percepția realității. Acest grup de boli se numește tulburare din spectrul schizofreniei. Pe lângă diferitele forme de schizofrenie, acestea includ tulburări delirante, tulburări de personalitate schizotipale, paranoide și schizoide, tulburări schizoafective și alte patologii. Gottesman, propunând modelul său poligenic de schizofrenie, a sugerat că persoanele cu valori sub pragul predispoziției la boală pot dezvolta alte patologii ale spectrului schizofrenic, iar severitatea bolii se corelează cu nivelul de predispoziție.
Dacă această ipoteză este corectă, ar fi logic să presupunem că variantele genetice găsite a fi asociate cu schizofrenia ar fi, de asemenea, îmbogățite în rândul persoanelor cu tulburări din spectrul schizofreniei. Pentru evaluarea predispoziției genetice a fiecărui individ se folosește o valoare specială, numită nivelul de risc poligenic (scor de risc poligenic). Nivelul de risc poligenic ia în considerare contribuția totală a tuturor variantelor comune de risc identificate în GWAS, prezente în genomul unei persoane date, la predispoziția la boală. S-a dovedit că, așa cum a prezis modelul CV, valorile nivelului de risc poligenic se corelează nu numai cu schizofrenia în sine (ceea ce este banal), ci și cu alte boli din spectrul schizofreniei, iar nivelurile mai ridicate ale riscului poligenic corespund. la tipuri severe de tulburări.
Și totuși rămâne o problemă - fenomenul „bătrânilor părinți”. Dacă multe dintre dovezile empirice susțin modelul poligenic al schizofreniei, cum se împacă cu acesta asocierea de lungă durată între vârsta de paternitate și riscul copiilor de a dezvolta schizofrenie?
O explicație elegantă a acestui fenomen a fost dată cândva în ceea ce privește modelul CV. S-a sugerat că paternitatea târzie și schizofrenia nu sunt cauză și, respectiv, efect, ci sunt două consecințe ale unei cauze comune, și anume predispoziția genetică a taților întârziați la schizofrenie. Pe de o parte, un nivel ridicat de predispoziție la schizofrenie se poate corela la bărbații sănătoși cu paternitate ulterioară. Pe de altă parte, este clar că predispoziția ridicată a tatălui predetermina o probabilitate crescută ca copiii săi să dezvolte schizofrenie. Se dovedește că putem avea de-a face cu două corelații independente, ceea ce înseamnă că acumularea de mutații la precursorii de spermatozoizi masculini poate avea aproape niciun efect asupra dezvoltării schizofreniei la descendenții lor. Rezultatele recente ale modelării, luând în considerare datele epidemiologice, precum și date moleculare proaspete privind frecvența de novo mutațiile sunt în bun acord cu această explicație a fenomenului „bătrânilor părinți”.
Astfel, în acest moment putem presupune că aproape nu există argumente convingătoare în favoarea modelului RV „mutațional” al schizofreniei. Deci, cheia etiologiei bolii constă în ce anumit set de polimorfisme comune provoacă schizofrenie în conformitate cu modelul CV. Modul în care geneticienii caută acest set și ceea ce au descoperit deja va fi subiectul celei de-a doua părți a poveștii noastre.
Arkadi GolovSindromul apare din cauza absenței unei părți din materialul genetic situat pe brațul scurt al cromozomului 11. Îndepărtarea unei bucăți de material genetic se numește ștergere. Ștergerea duce la înfrângerea acelor funcții care ar fi trebuit să fie îndeplinite de genele pierdute.
Toate genele, cu excepția unora care sunt localizate pe cromozomii sexuali, sunt reprezentate în duplicat. Fiecare persoană primește o porțiune de gene de la mamă, a doua identică de la tată. Aceștia, la rândul lor, și-au primit perechile de gene de la părinți. Materialul genetic este transmis de la părinți prin celulele germinale. Celulele sexuale (ovul sau spermatozoizii) sunt singurele celule din organism care poartă o singură copie a materialului genetic. Înainte ca materialul genetic să intre în celula germinativă, genele sunt amestecate între cele două copii ale genelor și în fiecare părinte materialul genetic este plasat în celula germinativă, care este un amestec al materialului pe care el, la rândul său, l-a primit de la el. părinţi. Noua lor viață va fi, de asemenea, amestecată înainte de a fi plasate în cușca sexuală pentru a crea următoarea generație. Acest proces se numește crossing over. Apare între regiunile omoloage ale cromozomilor, în procesul de formare a celulelor germinale. În procesul de trecere, genele pot crea noi combinații. O astfel de amestecare oferă o varietate de noi generații. Pentru ce este? Acest lucru este necesar pentru a asigura variabilitatea generațională, altfel le-am transmite copiilor noștri copii exacte ale cromozomilor primite de la unul dintre părinții noștri, variabilitatea generațională ar fi extrem de limitată, ceea ce ar face evoluția biologică pe Pământ extrem de dificilă și, prin urmare, ar reduce șansele de supraviețuire. În momentul în care au loc astfel de procese, o bucată din cromozom se poate desprinde și va rezulta o „ștergere”. O ștergere este un tip de mutație. Dacă a apărut pentru prima dată, atunci o astfel de mutație se numește mutație de novo (prima, inițială). Pe lângă mutațiile care au apărut pentru prima dată în organism, există mutații care sunt moștenite. O mutație de novo poate fi transmisă generației următoare, apoi nu va mai fi numită mutație de novo.
Cu sindromul WAGR, o parte din codul genetic este eliminat și nu există suficient material genetic.
În natură, există stări inverse, când boala se manifestă datorită unei copii suplimentare a materialului genetic.
Manifestarea sindromului WAGR depinde de genele care sunt oprite ca urmare a ștergerii. Genele vecine cad mereu. În WAGR, gena PAX6 și gena WT1 sunt întotdeauna pierdute, ceea ce duce la prezentarea tipică a bolii. Mutațiile punctiforme ale genei PAX6 duc la aniridie, iar mutațiile WT1 duc la tumora Wilms. Cu WAGR, nu există nicio mutație a acestor gene - genele în sine sunt absente.
Persoanele cu sindrom WAGRO (litera O adăugată - obezitate) au o leziune a genei BDNF. Această genă este exprimată în creier și este importantă în viața neuronilor. Proteina care este produsă sub influența acestei gene este cel mai probabil implicată în reglarea sațietății, a setei și a greutății corporale. Pierderea BDNF este cel mai probabil asociată cu obezitatea infantilă la copiii cu sindrom WAGRO. Pacienții cu WAGRO prezintă un risc mai mare de a dezvolta probleme neurologice, cum ar fi declinul intelectual, autismul. Nu este pe deplin înțeles dacă acest risc este asociat cu pierderea genei BDNF.
Știm ceva despre genele care sunt dezactivate în sindromul WAGR:
WT1
WT1 este o genă (gena tumorii Wilms) care secretă o proteină necesară dezvoltării normale a rinichilor și gonadelor (ovarele la femei și testiculele la bărbați). În aceste țesuturi, proteina joacă un rol în diferențierea celulară și apoptoză. Pentru a îndeplini toate aceste funcții, WT1 reglează activitatea altor gene prin legarea regiunilor ADN-ului.
Gena WT1 este necesară pentru a suprima tumora Wilms. Există o variantă a denumirii genei Wilms tumor tumor suppressor gene1 (o genă care suprimă dezvoltarea tumorii Wilms). Mutația sau absența acesteia duce la un risc crescut de a dezvolta o tumoră. Este tocmai din cauza probabilității de apariție a tumorii. această genă fiind implicată în sindromul WAGR este necesară monitorizarea permanentă a stării rinichilor.
PAX6
PAX6 aparține unei familii de gene care joacă un rol critic în dezvoltarea organelor și țesuturilor în timpul dezvoltării embrionare. Membrii familiei PAX sunt importanți pentru funcționarea normală a diferitelor celule ale corpului după naștere. Genele familiei PAX sunt implicate în sinteza proteinelor care leagă anumite regiuni ale ADN-ului și controlează astfel activitatea altor gene. Datorită acestei proprietăți, proteinele PAX sunt numite factori de transcripție.
În timpul dezvoltării embrionare, proteina PAX 6 activează genele implicate în dezvoltarea ochilor, a creierului, a măduvei spinării și a pancreasului. PAX 6 este implicat în dezvoltarea celulelor nervoase ale tractului olfactiv, care sunt responsabile pentru simțul mirosului. În prezent, funcția PAX 6 în timpul dezvoltării fetale este cel mai probabil să nu fie pe deplin înțeleasă și în timp obținem fapte noi. După nașterea lui PAX6, proteina reglează multe gene din ochi.
Lipsa funcției genei PAX 6 duce la probleme oculare după naștere.
BDNF
Gena BDNF codifică o proteină găsită în creier și măduva spinării. Această genă joacă un rol în creșterea și maturarea celulelor nervoase. Proteina BDNF este activă la sinapsele din creier. Sinapsele se pot schimba și se pot adapta ca răspuns la experiență. Proteina BDNF ajută la reglarea variabilității sinaptice, care este esențială pentru învățare și memorie.
BDNF este o proteină care se găsește în regiunile creierului care sunt responsabile de sațietate, sete și greutate corporală. Cel mai probabil, această proteină contribuie la aceste procese.
Expresia acestei gene este redusă în bolile Alzheimer, Parkinson și Huntington, această genă putând juca un rol în răspunsurile la stres și tulburările de dispoziție. Gena BDNF a atras atenția multor cercetători. Există lucrări care studiază activitatea proteinei BDNF în creier în funcție de exerciții fizice, dietă, stres mental și alte condiții. Activitatea acestei proteine este asociată cu activitatea mentală și stările mentale și se încearcă influențarea nivelului acesteia.
Aș fi recunoscător că mi-ați indicat noi informații despre această chestiune. Scrie totul în comentarii.
Notă:
Cuvintele proteină și proteină sunt sinonime.
Detectarea mutației denovo în gena distrofinei și semnificația acesteia pentru consilierea genetică medicală în distrofia musculară Duchenne
(observare clinica)
Muravleva E.A., Starodubova A.V., Pyshkina N.P., Duisenova O.S.
Consilier științific: d.m.s. conf. univ. Kolokolov O.V.
Instituţia de învăţământ de la bugetul de stat de învăţământ profesional superior Universitatea de Medicină de stat din Saratov im. IN SI. Razumovsky Ministerul Sănătății al Federației Ruse
Departamentul de Neurologie FPC și PPS le. K.N. Tretiakova
Introducere. Distrofia musculară Duchenne (DMD) este una dintre cele mai frecvente boli ereditare neuromusculare. Prevalența sa este de 2-5: 100.000 din populație, frecvența populației este de 1: 3.500 de băieți nou-născuți. Această formă de distrofie musculară a fost descrisă pentru prima dată de Edward Meryon (1852) și Guillaume Duchenne (1861).
Boala este caracterizată printr-un model de moștenire recesiv legat de X și un curs sever, progresiv. DMD este cauzată de o mutație a genei distrofinei, al cărei locus este localizat pe Xp21.2. Aproximativ 30% din cazuri sunt cauzate de mutații de novo, 70% - de purtarea mutației de către mama probei. Distrofina este responsabilă pentru conectarea citoscheletului fiecărei fibre musculare la lamina bazală principală (matricea extracelulară) printr-un complex proteic format din mai multe subunități. Absența distrofinei duce la pătrunderea excesului de calciu în sarcolemă (membrana celulară). Fibrele musculare suferă necroză, țesutul muscular este înlocuit cu țesut adipos, precum și țesut conjunctiv.
Diagnosticul modern al DMD se bazează pe evaluarea conformității manifestărilor bolii cu criteriile clinice și anamnestice și instrumentale de laborator (creatinkinaza serică (CS), electroneuromiografie (ENMG), studiul histochimic al biopsiei musculare), analiza genealogică și date din studiile genetice moleculare.
Efectuarea consilierii genetice medicale în prezent în multe familii poate preveni nașterea unui copil bolnav. Diagnosticul ADN prenatal la începutul sarcinii în familiile cu un copil care suferă de DMD va permite părinților să aleagă tactici suplimentare și, eventual, să întrerupă sarcina devreme dacă fătul are o boală.
În unele cazuri, tabloul clinic este observat la femei - purtători heterozigoți ai genei mutante sub forma unei creșteri a mușchilor gambei, slăbiciune musculară moderată, o scădere a reflexelor tendinoase și periostale, conform studiilor paraclinice, nivelul KKS. crește. În plus, manifestările clinice clasice ale DMD pot apărea la femeile cu sindrom Shereshevsky-Turner (genotip 45, CW).
Exemplu clinic.În clinica noastră se observă un băiat K., în vârstă de 7 ani, care se plânge de slăbiciune a mușchilor brațelor și picioarelor, oboseală în timpul mersului lung. Mama copilului constată că are căderi periodice, dificultăți în urcat pe scări, tulburări de mers (ca o „răță”), dificultăți de ridicare din poziție șezând, creșterea în volum a mușchilor gambei.
Dezvoltarea timpurie a copilului a fost fără evenimente. La vârsta de 3 ani, oamenii din jur au observat încălcări ale funcțiilor motorii sub formă de dificultăți la urcarea scărilor, la ridicarea în picioare, copilul nu a luat parte la jocuri în aer liber și a început să obosească rapid. Apoi mersul de tip rață s-a schimbat. Dificultățile crescute la ridicarea dintr-o poziție șezând sau dintr-o poziție culcat: ridicarea pas cu pas cu o „scara” cu utilizarea activă a mâinilor. Treptat, a devenit vizibilă o creștere a volumului gambei și alți alți mușchi.
La examenul neurologic, semnul clinic principal este tetrapareza periferică proximală simetrică, mai pronunțată la nivelul picioarelor (forța musculară în părțile proximale ale membrelor superioare - 3-4 puncte, în părțile distale - 4 puncte, în părțile proximale ale membrele inferioare - 2-3 puncte, în părțile distale - 4 puncte). Mersul se schimba in functie de tipul "rata". Folosește tehnici auxiliare ("miopatice"), de exemplu, ridicarea în picioare cu o "scara". Tonusul muscular este redus, nu există contracturi. Hipotrofia mușchilor pelvini și ai centurii scapulare. Caracteristici „miopatice”, de exemplu sub forma unui spațiu interscapular larg. Există pseudohipertrofie a mușchilor gambei. Reflexe tendinoase și periostale - fără o diferență semnificativă în lateral; bicipital - scăzut, tricipital și carporradial - vioitate medie, genunchi și Ahile - scăzut. Pe baza constatărilor clinice, a fost suspectată DMD.
În studiul KKS, nivelul acestuia a fost de 5379 unități/l, ceea ce este de 31 de ori mai mare decât norma (norma este de până la 171 unități/l). Potrivit ENMG, au fost înregistrate semne care sunt mai caracteristice unui proces muscular primar moderat curent. Astfel, datele obținute au confirmat prezența DMD la pacient.
Pe lângă proband, au fost examinați părinții și sora mai mare. Niciuna dintre rudele probandului nu a avut manifestări clinice de DMD. Cu toate acestea, mama a observat o ușoară creștere în volum a mușchilor gambei. Conform analizei genealogice, probanda este singura persoană bolnavă din familie. În același timp, nu se poate exclude faptul că mama copilului și sora probandului să fie purtători heterozigoți ai genei mutante (Fig. 1).
Orez. 1 Pedigree
Ca parte a consilierii genetice medicale, familia lui K. a fost examinată pentru prezența/absența delețiilor și dublărilor în gena distrofinei. Analiza genetică moleculară în laboratorul de diagnosticare ADN al Centrului Științific de Stat din Moscova al Academiei Ruse de Științe Medicale a relevat o ștergere a exonului 45 în probandul K., care confirmă în cele din urmă diagnosticul clinic stabilit de DMD. Deleția exonului 45 găsită la fiu nu a fost găsită la mamă. La soră, în urma analizei, ștergerea exonului 45, care a fost depistată la frate, nu a fost găsită. Prin urmare, la subiect, mutația are cel mai probabil o origine de novo, dar poate fi și rezultatul mozaicismului liniei germinale la mamă. În consecință, cu o mutație de novo, riscul de a avea un copil bolnav la o mamă va fi determinat de frecvența populației acestei mutații (1:3500, ‹‹1%), care este mult mai mică decât în cazul unui recesiv legat de X. tip de moștenire (50% dintre băieți). Deoarece este imposibil de exclus complet faptul că mutația poate fi rezultatul mozaicismului germinal, în care moștenirea conform legilor lui Mendel este încălcată, se recomandă diagnosticul prenatal în timpul sarcinii ulterioare la mama și sora probanului.
Concluzie.În prezent, medicul are un arsenal larg de medicamente simptomatice utilizate în tratamentul DMD, cu toate acestea, în ciuda realizărilor științei, tratamentul etiologic al DMD nu a fost încă dezvoltat și nu există medicamente eficiente pentru tratamentul de substituție în DMD. Conform cercetărilor recente cu celule stem, există vectori promițători care pot înlocui țesutul muscular deteriorat. Cu toate acestea, în prezent, este posibil doar tratamentul simptomatic, care vizează îmbunătățirea calității vieții pacientului. În acest sens, diagnosticarea precoce a DMD joacă un rol important pentru desfășurarea la timp a consilierii genetice medicale și alegerea unor tactici ulterioare de planificare familială. Pentru diagnosticul ADN prenatal, testarea biopsiei corionice (CVS) poate fi efectuată la 11-14 săptămâni de gestație, amniocenteza poate fi folosită după 15 săptămâni, iar prelevarea de sânge fetal este posibilă la aproximativ 18 săptămâni. Dacă testarea este efectuată la începutul sarcinii, întreruperea timpurie a sarcinii este posibilă dacă fătul are o boală. În unele cazuri, este recomandabil să se efectueze diagnostice ADN preimplantare urmate de fertilizarea in vitro.
Concluzii. Pentru a asigura depistarea precoce și prevenirea DMD, este necesar să se utilizeze mai pe scară largă metodele de diagnostic genetic molecular; creste gradul de alerta a practicienilor in raport cu aceasta patologie. Cu o mutație de novo, riscul de a avea un copil bolnav la o mamă este determinat de frecvența populației a mutației genei distrofinei. În cazurile în care mama probandului poartă mutația, diagnosticul ADN prenatal sau periimplantare este necesar pentru planificarea familială.
