Lekárska genetika. Detekcia de novo mutácie v géne dystrofínu a jej význam pre lekárske genetické poradenstvo pri Duchennovej svalovej dystrofii (klinické pozorovanie)
Trom skupinám amerických vedcov sa nezávisle od seba po prvý raz podarilo zistiť súvislosť medzi mutáciami určitých génov a pravdepodobnosťou, že sa u dieťaťa vyvinú poruchy autistického spektra. Nové York Times. Vedci navyše našli vedecké potvrdenie už skôr identifikovaného priameho vzťahu medzi vekom rodičov, najmä otcov, a rizikom vzniku autizmu u ich potomkov.
Všetky tri skupiny sa zamerali na vzácnu skupinu genetické mutácie, nazývaný „de novo“. Tieto mutácie sa nededia, ale vznikajú počas počatia. Ako genetický materiál boli odobraté vzorky krvi od rodinných príslušníkov, v ktorých rodičia neboli autisti a u detí sa rozvinuli rôzne poruchy autistického spektra.
Prvá skupina vedcov vedená Matthewom W. State, profesorom genetiky a detskej psychiatrie na Yale University, ktorého práca bola publikovaná 4. apríla v časopise Nature, analyzovala prítomnosť de novo mutácií u 200 ľudí s diagnózou autizmus, ktorých rodičia, súrodenci neboli autisti. V dôsledku toho boli objavené dve deti s rovnakou mutáciou v rovnakom géne a nič iné ich nespájalo okrem diagnózy.
„Je to ako keď hra šípky trafiť šípkou dvakrát ten istý bod na terči. Pravdepodobnosť, že objavená mutácia súvisí s autizmom, je 99,9999 percenta,“ cituje publikácia profesora State.
Tím vedený Evanom E. Eichlerom, profesorom genetiky z Washingtonskej univerzity, skúmal vzorky krvi z 209 rodín s autistickými deťmi a u jedného dieťaťa našiel rovnakú mutáciu v rovnakom géne. Okrem toho boli identifikované dve autistické deti z rôznych rodín, ktoré mali identické „de novo“ mutácie, ale v rôznych génoch. Žiadne takéto náhody neboli pozorované medzi neautistickými subjektmi.
Tretia skupina výskumníkov pod vedením profesora Marka J. Dalyho z Harvardskej univerzity našla niekoľko prípadov de novo mutácií v rovnakých troch génoch u autistických detí. Aspoň jedna mutácia tohto typu je prítomná v genotype akejkoľvek osoby, ale podľa Dalyho ich majú autisti v priemere podstatne viac.
Všetky tri skupiny vedcov potvrdili aj predtým pozorovanú súvislosť medzi vekom rodičov a autizmom u dieťaťa. Čím starší sú rodičia, najmä otec, tým vyššie je riziko de novo mutácií. Po analýze 51 mutácií tím pod vedením profesora Eichlera zistil, že tento typ poškodenia bol štyrikrát častejší v mužskej DNA ako v ženskej DNA. A ešte častejšie, ak vek muža presiahne 35 rokov. Vedci teda naznačujú, že práve poškodený otcovský genetický materiál, ktorý dostalo potomstvo pri počatí, je zdrojom tých mutácií, ktoré vedú k rozvoju autistických porúch.
Vedci sa zhodujú, že hľadanie spôsobov, ako takémuto vývoju zabrániť, bude trvať dlho, výskum genetickej podstaty autizmu sa len začína. Najmä tímy Eichlera a Dalyho našli dôkaz, že gény, v ktorých sa našli mutácie de novo, sa podieľajú na rovnakých biologických procesoch. „Ale toto je len špička ľadovca," hovorí profesor Eichler. „Hlavná vec je, že sa všetci zhodneme na tom, kde začať."
Schizofrénia je v mnohých ohľadoch jednou z najzáhadnejších a najzložitejších chorôb. Je ťažké diagnostikovať - stále neexistuje konsenzus, či ide o jednu chorobu alebo veľa podobných. Ťažko sa lieči – v súčasnosti existujú už len lieky, ktoré potláčajú tzv. pozitívne symptómy (ako delírium), ale nepomáhajú vrátiť osobu do plný život. Schizofrénia sa ťažko študuje - netrpí ňou žiadne iné zviera okrem človeka, preto neexistujú takmer žiadne modely na jej štúdium. Schizofrénia je z genetického a evolučného hľadiska veľmi ťažko pochopiteľná – je plná rozporov, ktoré biológovia zatiaľ nevedia vyriešiť. Dobrou správou však je, že v posledné roky Konečne sa zdá, že sa veci pohli dopredu. Už sme diskutovali o histórii objavu schizofrénie a prvých výsledkoch jej štúdia pomocou neurofyziologických metód. Tentokrát si povieme, ako vedci hľadajú genetické dôvody výskyt choroby.
Význam tejto práce nespočíva ani v tom, že takmer každý stý človek na planéte trpí schizofréniou a pokrok v tejto oblasti by mal diagnostiku aspoň radikálne zjednodušiť – aj keď vytvoríme dobrý liek Nejde to hneď. Dôležitosť genetický výskum je, že už menia naše predstavy o základných mechanizmoch dedenia zložitých vlastností. Ak sa vedcom podarí pochopiť, ako sa niečo také môže „skryť“ v našej DNA komplexná choroba podobne ako schizofrénia by predstavovala radikálny prelom v chápaní organizácie genómu. A význam takejto práce ďaleko presiahne klinickú psychiatriu.
Najprv niekoľko hrubých faktov. Schizofrénia je ťažké, chronické, invalidizujúce duševné ochorenie, ktoré zvyčajne postihuje ľudí v mladom veku. Postihuje asi 50 miliónov ľudí na celom svete (necelých 1 % populácie). Chorobu sprevádza apatia, nedostatok vôle, často halucinácie, bludy, dezorganizácia myslenia a reči, poruchy motoriky. Symptómy zvyčajne spôsobujú sociálnu izoláciu a zníženú produktivitu. Zvýšené riziko samovrážd u pacientov so schizofréniou, ako aj sprievodnými somatickými ochoreniami, vedie k zníženiu ich celkovej dĺžky života o 10-15 rokov. Okrem toho majú pacienti so schizofréniou menej detí: muži majú v priemere 75 percent, ženy - 50 percent.
Posledné polstoročie zaznamenalo rýchly pokrok v mnohých oblastiach medicíny, ale tento pokrok takmer neovplyvnil prevenciu a liečbu schizofrénie. Nie v posledná možnosť je to spôsobené tým, že stále nemáme jasnú predstavu o tom, aký druh porušenia biologické procesy je príčinou rozvoja ochorenia. Toto nepochopenie viedlo k tomu, že odkedy sa pred viac ako 60 rokmi objavilo na trhu prvé antipsychotikum chlórpromazín (obchodný názov: Aminazín), nedošlo v liečbe tohto ochorenia k žiadnej kvalitatívnej zmene. Všetky v súčasnosti existujúce antipsychotiká schválené na liečbu schizofrénie (typické, vrátane chlórpromazínu, aj atypické) majú rovnaký základný mechanizmus účinku: znižujú aktivitu dopamínových receptorov, čím odstraňujú halucinácie a bludy, ale, žiaľ, majú malý vplyv na negatívne symptómy ako apatia, nedostatok vôle, poruchy myslenia atď. Vedľajšie účinky ani nespomíname. Všeobecným sklamaním vo výskume schizofrénie je, že farmaceutické spoločnosti dlhodobo znižujú financovanie vývoja antipsychotík – aj keď celkový počet klinické štúdie len pribúdajú. Nádej na objasnenie príčin schizofrénie však prišla z dosť nečakaného smeru – spája sa s nebývalým pokrokom v molekulárnej genetike.
Kolektívna zodpovednosť
Už prví výskumníci schizofrénie si všimli, že riziko ochorenia úzko súvisí s prítomnosťou chorých príbuzných. Pokusy o stanovenie mechanizmu dedičnosti schizofrénie sa uskutočnili takmer okamžite po znovuobjavení Mendelových zákonov, na samom začiatku 20. storočia. Na rozdiel od mnohých iných chorôb však schizofrénia nezapadala do rámca jednoduchých mendelovských modelov. Napriek vysokej dedičnosti ho nebolo možné priradiť k jednému alebo viacerým génom, preto do polovice storočia vznikol tzv. psychogénne teórie vývoja chorôb. V súlade s psychoanalýzou, ktorá bola v polovici storočia mimoriadne populárna, tieto teórie vysvetľovali zjavnú dedičnosť schizofrénie nie genetikou, ale charakteristikami výchovy a nezdravou atmosférou v rodine. Existoval dokonca taký koncept ako „schizofrenogénni rodičia“.
Táto teória však napriek svojej popularite dlho nežila. Definitívny bod k otázke, či je schizofrénia dedičné ochorenie, dali psychogenetické štúdie uskutočnené už v 60-70 rokoch. Išlo predovšetkým o štúdie dvojčiat, ako aj štúdie o adoptovaných deťoch. Podstatou štúdií dvojčiat je porovnať pravdepodobnosti prejavu určitej črty – v tomto prípade vývoja choroby – u jednovaječných a dvojčiat. Keďže rozdiel v vplyvoch prostredia na dvojčatá nezávisí od toho, či sú identické alebo súrodenecké, rozdiely v týchto pravdepodobnostiach musia vyplývať najmä zo skutočnosti, že jednovaječné dvojčatá sú geneticky totožné a dvojčatá majú v priemere len polovičnú rovnaké génové varianty.
V prípade schizofrénie sa ukázalo, že zhoda jednovaječných dvojčiat je viac ako 3-krát vyššia ako konkordancia dvojvaječných dvojčiat: u prvého je to približne 50 percent a u druhého menej ako 15 percent. Tieto slová treba chápať takto: ak máte jednovaječné dvojča trpiace schizofréniou, potom s 50-percentnou pravdepodobnosťou ochoriete aj vy. Ak ste vy a váš brat dvojčatá, potom riziko ochorenia nie je vyššie ako 15 percent. Teoretické výpočty, ktoré navyše zohľadňujú prevalenciu schizofrénie v populácii, odhadujú podiel dedičnosti na vzniku ochorenia na úrovni 70-80 percent. Pre porovnanie, výška a index telesnej hmotnosti sa dedia približne rovnakým spôsobom – vlastnosti, ktoré sa vždy považovali za úzko súvisiace s genetikou. Mimochodom, ako sa neskôr ukázalo, rovnako vysoká dedičnosť je charakteristická pre tri z ďalších štyroch hlavných duševných chorôb: poruchu pozornosti s hyperaktivitou, bipolárnu poruchu a autizmus.
Výsledky dvojčiat sa plne potvrdili pri skúmaní detí, ktoré sa narodili pacientom so schizofréniou a boli adoptované v ranom detstve zdravými adoptívnymi rodičmi. Ukázalo sa, že riziko vzniku schizofrénie u nich nebolo znížené v porovnaní s deťmi vychovávanými ich schizofrenickými rodičmi, čo jasne poukazuje na kľúčovú úlohu génov v etiológii.
A tu sa dostávame k jednej z najzáhadnejších čŕt schizofrénie. Faktom je, že ak sa tak silno dedí a zároveň veľmi negatívne vplýva na zdatnosť nosiča (pripomeňme, že pacienti so schizofréniou zanechávajú minimálne o polovicu menej potomkov ako napr. zdravých ľudí), ako sa potom darí pretrvať v populácii aspoň ? Tento rozpor, okolo ktorého sa v mnohých ohľadoch odohráva hlavný boj medzi rôznymi teóriami, sa nazýva „evolučný paradox schizofrénie“
Až donedávna nebolo vedcom úplne jasné, aké znaky genómu pacientov so schizofréniou predurčujú vývoj ochorenia. Už desaťročia sa vedú vášnivé debaty ani nie o tom, ktoré gény sú u pacientov so schizofréniou zmenené, ale o tom, aká je všeobecná genetická „architektúra“ choroby.
Znamená to nasledovné. Genómy jednotlivcov sú si navzájom veľmi podobné, líšia sa v priemere o menej ako 0,1 percenta nukleotidov. Niektorí z nich charakteristické rysy genómu sú v populácii pomerne rozšírené. Zvyčajne, ak sa vyskytujú u viac ako jedného percenta ľudí, možno ich nazvať bežnými variantmi alebo polymorfizmami. Predpokladá sa, že tieto bežné varianty sa objavili v ľudskom genóme pred viac ako 100 000 rokmi, pred prvou emigráciou predkov moderných ľudí z Afriky, takže sú bežne prítomné vo väčšine ľudských subpopulácií. Prirodzene, aby existovali vo významnej časti populácie tisíce generácií, väčšina polymorfizmov by nemala byť pre svojich nositeľov príliš škodlivá.
V genóme každého človeka sú však iní genetické vlastnosti, - mladší a vzácnejší. Väčšina z nich neposkytuje nosičom žiadnu výhodu, takže ich frekvencia v populácii, aj keď sú zaznamenané, zostáva nevýznamná. Mnohé z týchto vlastností (alebo mutácií) majú viac či menej výrazný negatívny vplyv na kondíciu, preto sa postupne negatívnou selekciou odstraňujú. Na oplátku v dôsledku nepretržitého mutačný proces vznikajú ďalšie nové škodlivé varianty. Kombinovaná frekvencia ktorejkoľvek z nových mutácií takmer nikdy nepresahuje 0,1 percenta a takéto varianty sa nazývajú zriedkavé.
Architektúrou ochorenia teda rozumieme, ktoré genetické varianty – bežné alebo zriedkavé, so silným fenotypovým účinkom alebo len mierne zvyšujúce riziko vzniku ochorenia – určujú jeho vzhľad. Práve okolo tohto problému sa donedávna viedla hlavná debata o genetike schizofrénie.
Jediný fakt, ktorý nepopierateľne potvrdili molekulárne genetické metódy týkajúce sa genetiky schizofrénie v poslednej tretine 20. storočia, je jej neuveriteľná komplexnosť. Dnes je zrejmé, že predispozíciu k ochoreniu určujú zmeny v desiatkach génov. Navyše, všetky „genetické architektúry“ schizofrénie navrhnuté v tomto období možno skombinovať do dvoch skupín: model „bežné ochorenie – bežné varianty“ („bežné ochorenie – bežné varianty“, CV) a „bežné ochorenie – zriedkavé varianty“ model. - zriedkavé varianty", RV). Každý z modelov poskytol svoje vlastné vysvetlenia „evolučného paradoxu schizofrénie“.
RV vs. životopis
Podľa modelu CV je genetickým substrátom schizofrénie určitý súbor genetických vlastností, polygén, podobný tomu, čo určuje dedičnosť kvantitatívnych znakov, ako je výška alebo telesná hmotnosť. Takýto polygén je súborom polymorfizmov, z ktorých každý len mierne ovplyvňuje fyziológiu (nazývajú sa „kauzálne“, pretože hoci nie sú osamotené, vedú k rozvoju choroby). Na udržanie pomerne vysokej miery výskytu charakteristickej pre schizofréniu je potrebné, aby tento polygén pozostával z bežných variantov - koniec koncov je veľmi ťažké zhromaždiť veľa zriedkavých variantov v jednom genóme. Podľa toho má každý človek vo svojom genóme desiatky takýchto rizikových variantov. Celkovo všetky kauzálne možnosti určujú genetickú predispozíciu (zodpovednosť) každého jednotlivého človeka k ochoreniu. Predpokladá sa, že pre kvalitatívne komplexné znaky, ako je schizofrénia, existuje prahová hodnota pre vnímavosť a ochorenie sa rozvinie len u tých ľudí, ktorých vnímavosť prekročí túto hranicu.
Prahový model náchylnosti na ochorenie. Zobrazené normálne rozdelenie predispozícia oneskorená o horizontálna os. Ochorenie sa rozvinie u ľudí, ktorých náchylnosť prekročí prah.
Takýto polygénny model schizofrénie prvýkrát navrhol v roku 1967 jeden zo zakladateľov modernej psychiatrickej genetiky Irving Gottesman, ktorý tiež významne prispel k dokázaniu dedičnosti choroby. Pretrvávanie vysokej frekvencie kauzálnych variantov schizofrénie v populácii počas mnohých generácií môže mať z pohľadu prívržencov KV modelu viacero vysvetlení. Po prvé, každý jednotlivý takýto variant má skôr malý vplyv na fenotyp, takéto "kvázi-neutrálne" varianty môžu byť pre selekciu neviditeľné a zostávajú bežné v populáciách. Platí to najmä pre populácie s nízkou efektívnou veľkosťou, kde vplyv náhody nie je o nič menej dôležitý ako selekčný tlak – sem patrí aj populácia nášho druhu.
Na druhej strane sa vytvorili domnienky o prítomnosti v prípade schizofrénie tzv. vyvažovací výber, t.j. pozitívny vplyv„schizofrenické polymorfizmy“ na zdravých nosičov. Nie je také ťažké si to predstaviť. Je známe napríklad, že pre schizoidné osobnosti s vysokou genetickou predispozíciou na schizofréniu (ktorých je veľa medzi blízkymi príbuznými pacientov), zvýšená hladina tvorivé schopnosti, čo môže mierne zvýšiť ich adaptáciu (ukázalo sa to už vo viacerých prácach). Populačná genetika umožňuje situáciu, kedy pozitívny efekt kauzálne varianty u zdravých nosičov môžu prevážiť Negatívne dôsledky pre tých ľudí, ktorí mali príliš veľa týchto „dobrých mutácií“, čo viedlo k rozvoju choroby.
Po druhé základný model genetická architektúra schizofrénie - RV model. Naznačuje, že schizofrénia je kolektívny koncept a že každý jednotlivý prípad alebo rodinná anamnéza choroby je samostatnou kvázi-mendelovskou chorobou, ktorá je v každom jednotlivom prípade spojená s jedinečnými zmenami v genóme. V tomto modeli sú kauzálne genetické varianty pod veľmi silný tlak výber a sú rýchlo odstránené z populácie. Ale keďže sa v každej generácii vyskytuje malý počet nových mutácií, vzniká určitá rovnováha medzi selekciou a vznikom kauzálnych variantov.
RV model môže na jednej strane vysvetliť, prečo sa schizofrénia veľmi dobre dedí, no jej univerzálne gény sa ešte nenašli: veď každá rodina dedí svoje kauzálne mutácie a univerzálne jednoducho neexistujú. Na druhej strane, ak sa človek riadi týmto modelom, musí si uvedomiť, že mutácie v stovkách rôznych génov môžu viesť k rovnakému fenotypu. Schizofrénia je predsa bežné ochorenie a vznik nových mutácií je zriedkavý. Napríklad údaje o sekvenovaní tripletov otec-matka-dieťa ukazujú, že v každej generácii na 6 miliárd nukleotidov diploidného genómu vznikne iba 70 nových jednonukleotidových substitúcií, z ktorých v priemere len niekoľko môže mať teoreticky nejaký účinok. na fenotyp, a mutácie iných typov - ešte zriedkavejší výskyt.
Niektoré empirické dôkazy však nepriamo podporujú tento model genetickej architektúry schizofrénie. Napríklad začiatkom 90-tych rokov sa zistilo, že asi jedno percento všetkých pacientov so schizofréniou má mikrodeléciu v jednej z oblastí chromozómu 22. V drvivej väčšine prípadov táto mutácia nie je dedená od rodičov, ale vyskytuje sa de novo počas gametogenézy. Jeden z 2 000 ľudí sa narodí s touto mikrodeléciou, ktorá spôsobuje rôzne problémy nazývané DiGeorgeov syndróm. Tí, ktorí trpia týmto syndrómom, sa vyznačujú tým závažné porušenia kognitívnych funkcií a imunity, často sú sprevádzané hypokalciémiou, ako aj problémami so srdcom a obličkami. U štvrtiny ľudí s DiGeorgeovým syndrómom sa rozvinie schizofrénia. Bolo by lákavé predpokladať, že iné prípady schizofrénie sa vysvetľujú podobne genetické poruchy s katastrofálnymi následkami.
Ďalšie empirické pozorovanie nepriamo potvrdzujúce úlohu de novo Mutácie v etiológii schizofrénie súvisia s rizikom vzniku ochorenia s vekom otca. Podľa niektorých údajov je teda medzi tými, ktorých otcovia mali v čase narodenia viac ako 50 rokov, 3-krát viac pacientov so schizofréniou ako medzi tými, ktorých otcovia mali menej ako 30 rokov. Na druhej strane, hypotézy už pomerne dávno boli predložené o súvislosti medzi vekom otca a výskytom de novo mutácie. Takéto spojenie je napríklad už dlho stanovené pre sporadické prípady iných (monogénnych) dedičné ochorenie- achondroplázia. Táto korelácia bola najnovšie potvrdená vyššie uvedenými údajmi o trojitom sekvenovaní: číslo de novo mutácie sú spojené s vekom otca, ale nie s vekom matky. Podľa výpočtov vedcov dieťa dostane v priemere 15 mutácií od svojej matky, bez ohľadu na jej vek, a od otca - 25, ak má 20 rokov, 55, ak má 35 rokov, a viac ako 85, ak má viac ako viac. 50. Teda číslo de novo mutácie v genóme dieťaťa sa zvyšujú o dve s každým rokom života otca.
Celkovo sa zdalo, že tieto údaje celkom jasne poukazujú na kľúčovú úlohu de novo mutácie v etiológii schizofrénie. Situácia sa však v skutočnosti ukázala byť oveľa komplikovanejšia. Po oddelení dvoch hlavných teórií genetika schizofrénie na desaťročia stagnovala. Na podporu jedného z nich sa nezískali takmer žiadne spoľahlivé, reprodukovateľné údaje. Ani všeobecná genetická architektúra ochorenia, ani špecifické varianty, ktoré ovplyvňujú riziko vzniku ochorenia. Prudký skok nastal za posledných 7 rokov a je spôsobený predovšetkým technologickými objavmi.
Pri hľadaní génov
Sekvenovanie prvého ľudského genómu, následné zdokonaľovanie technológií sekvenovania a potom vznik a rozšírená implementácia vysokovýkonného sekvenovania umožnili konečne získať viac-menej úplné pochopenie štruktúry genetickej variability v ľudskej populácii. Tieto nové informácie sa okamžite začali používať na komplexné hľadanie genetických determinantov predispozície k určitým chorobám vrátane schizofrénie.
Podobné štúdie sú štruktúrované takto. Najprv sa zozbiera vzorka nepríbuzných chorých ľudí (prípady) a približne rovnako veľká vzorka nepríbuzných zdravých jedincov (kontroly). Všetci títo ľudia sú odhodlaní mať určité genetické varianty – práve za posledných 10 rokov ich vedci mali možnosť určiť na úrovni celých genómov. Frekvencia výskytu každého z identifikovaných variantov sa potom porovnáva medzi skupinami chorých ľudí a kontrolnou skupinou. Ak je možné nájsť štatisticky významné obohatenie jedného alebo druhého variantu u nosičov, nazýva sa to asociácia. Medzi obrovským počtom genetických variantov, ktoré existujú, sú teda tie, ktoré sú spojené s rozvojom ochorenia.
Dôležitou hodnotou charakterizujúcou účinok variantu spojeného s ochorením je OD (odds ratio), ktorý je definovaný ako pomer pravdepodobnosti získania ochorenia u nosičov. túto možnosť v porovnaní s ľuďmi, ktorí nie. Ak je hodnota OD variantu 10, znamená to nasledovné. Ak vezmeme náhodnú skupinu nositeľov variantu a rovnakú skupinu ľudí, ktorí tento variant nemajú, vyjde nám, že v prvej skupine bude 10-krát viac pacientov ako v druhej. Navyše, čím je OD bližšie k jednej pre daný variant, tým väčšia vzorka je potrebná, aby sa spoľahlivo potvrdilo, že spojenie skutočne existuje – že tento genetický variant skutočne ovplyvňuje vývoj choroby.
Takáto práca teraz umožnila odhaliť v celom genóme viac ako tucet submikroskopických delécií a duplikácií spojených so schizofréniou (nazývajú sa CNV – variácie počtu kópií, jedna z CNV spôsobuje už známy DiGeorgeov syndróm). Pre objavené CNV, ktoré spôsobujú schizofréniu, sa OD pohybuje od 4 do 60. Sú to vysoké hodnoty, ale pre ich extrémnu vzácnosť aj spolu vysvetľujú len veľmi malú časť dedičnosti schizofrénie v populácii. Čo je zodpovedné za rozvoj choroby u všetkých ostatných?
Po relatívne neúspešných pokusoch nájsť CNV, ktoré by spôsobili rozvoj ochorenia u viac ako niekoľkých v ojedinelých prípadoch a u významnej časti populácie zástancovia „mutačného“ modelu vkladali veľké nádeje do iného typu experimentu. Porovnávajú pacientov so schizofréniou a zdravé kontroly nie prítomnosť masívnych genetických preskupení, ale kompletné sekvencie genómov alebo exómov (zbierky všetkých sekvencií kódujúcich proteíny). Takéto údaje, získané pomocou vysokovýkonného sekvenovania, umožňujú nájsť vzácne a jedinečné genetické znaky, ktoré nie je možné zistiť inými metódami.
Zníženie nákladov na sekvenovanie umožnilo v posledných rokoch vykonávať experimenty tohto typu na pomerne veľkých vzorkách – vrátane v nedávnych štúdiách niekoľkých tisíc pacientov a rovnakého počtu zdravých kontrol. aký je výsledok? Žiaľ, zatiaľ sa našiel iba jeden gén, v ktorom sú zriedkavé mutácie spoľahlivo spojené so schizofréniou – ide o gén SETD1A, kódujúci jeden z dôležitých proteínov zapojených do regulácie transkripcie. Rovnako ako pri CNV, aj tu je problém rovnaký: mutácie v géne SETD1A nemôže vysvetliť žiadnu významnú časť dedičnosti schizofrénie vzhľadom na skutočnosť, že sú jednoducho veľmi zriedkavé.
Vzťah medzi prevalenciou pridružených genetických variantov (horizontálna os) a ich vplyvom na riziko rozvoja schizofrénie (OR). V hlavnom grafe červené trojuholníky ukazujú niektoré doteraz identifikované CNV spojené s chorobou, modré kruhy ukazujú SNP z GWAS. Rez ukazuje oblasti zriedkavých a častých genetických variantov v rovnakých súradniciach.
Existujú náznaky, že existujú ďalšie zriedkavé a jedinečné varianty, ktoré ovplyvňujú náchylnosť na schizofréniu. A ďalšie zvyšovanie vzoriek v experimentoch využívajúcich sekvenovanie by malo pomôcť nájsť niektoré z nich. Napriek tomu, že štúdium zriedkavých variantov môže stále priniesť niektoré cenné informácie (najmä tieto informácie budú dôležité pre vývoj bunkových a zvieracích modelov schizofrénie), väčšina vedcov sa teraz zhoduje na tom, že zriedkavé varianty zohrávajú v dedičnosti schizofrénie len malú úlohu a CV model oveľa lepšie popisuje genetickú architektúru ochorenia. Dôvera vo validitu CV modelu prišla predovšetkým s vývojom štúdií ako GWAS, ktorým sa budeme podrobne venovať v druhej časti. Stručne povedané, štúdie tohto typu odhalili veľmi bežnú genetickú variáciu, ktorá predstavuje významnú časť dedičnosti schizofrénie, ktorú by predpovedal model CV.
Ďalšou podporou pre KV model pre schizofréniu je vzťah medzi úrovňou genetickej predispozície na schizofréniu a takzvanými poruchami schizofrenického spektra. Už prví výskumníci schizofrénie si všimli, že medzi príbuznými pacientov so schizofréniou sú často nielen iní pacienti so schizofréniou, ale aj „excentrickí“ jedinci s charakterovými zvláštnosťami a symptómami podobnými schizofrénii, ale menej výraznými. Následne takéto pozorovania viedli k myšlienke, že existuje celý súbor chorôb, ktoré sa vyznačujú viac či menej výraznými poruchami vnímania reality. Táto skupina chorôb sa nazýva porucha spektra schizofrénie. Okrem toho rôzne formy schizofrénia zahŕňa bludné poruchy, schizotypové, paranoidné a schizoidné poruchy osobnosti, schizoafektívna porucha a niektoré ďalšie patológie. Gottesman, ktorý navrhol svoj polygénny model schizofrénie, navrhol, že u ľudí s podprahovými hodnotami náchylnosti k ochoreniu sa môžu rozvinúť iné patológie schizofrenického spektra a závažnosť ochorenia koreluje s úrovňou náchylnosti.
Ak je táto hypotéza správna, je logické očakávať, že genetické varianty, o ktorých sa zistilo, že sú spojené so schizofréniou, budú obohatené aj medzi ľuďmi trpiacimi poruchami schizofrenického spektra. Na posúdenie genetickej predispozície každého jednotlivého človeka sa používa špeciálna hodnota, ktorá sa nazýva skóre polygénneho rizika. Úroveň polygénneho rizika zohľadňuje celkový príspevok všetkých bežných rizikových variantov identifikovaných v GWAS, ktoré sú prítomné v genóme táto osoba, v predispozícii k chorobám. Ukázalo sa, že ako predikuje CV model, hodnoty úrovne polygénneho rizika korelujú nielen so samotnou schizofréniou (čo je triviálne), ale aj s inými ochoreniami spektra schizofrénie a vyššie úrovne polygénneho rizika zodpovedajú k závažným typom porúch.
A predsa zostáva jeden problém – fenomén „starých otcov“. Ak väčšina empirických dôkazov podporuje polygénny model schizofrénie, ako s ním môžeme zosúladiť dlho známu súvislosť medzi vekom pri otcovstve a rizikom rozvoja schizofrénie u detí?
Elegantné vysvetlenie tohto javu bolo kedysi predložené v súvislosti s modelom CV. Predpokladalo sa, že neskoré otcovstvo a schizofrénia nie sú príčinou a následkom, ale sú to dva dôsledky spoločná príčina, a to genetická predispozícia neskorých otcov k schizofrénii. Na jednej strane vysoká predispozícia na schizofréniu môže u zdravých mužov korelovať s neskorším otcovstvom. Na druhej strane je zrejmé, že vysoká predispozícia otca predpovedá zvýšenú pravdepodobnosť, že sa u jeho detí rozvinie schizofrénia. Ukazuje sa, že sa môžeme zaoberať dvoma nezávislými koreláciami, čo znamená, že akumulácia mutácií v prekurzoroch spermií u mužov nemusí mať takmer žiadny vplyv na rozvoj schizofrénie u ich potomkov. Nedávne výsledky modelovania zahŕňajúce epidemiologické údaje, ako aj najnovšie údaje o molekulárnej frekvencii de novo mutácie sú v dobrej zhode práve s týmto vysvetlením fenoménu „starých otcov“.
Teda v v súčasnosti Možno sa domnievať, že v prospech „mutačného“ RV modelu schizofrénie nezostali takmer žiadne presvedčivé argumenty. To znamená, že kľúč k etiológii ochorenia spočíva v tom, ktorý konkrétny súbor bežných polymorfizmov spôsobuje schizofréniu v súlade s KV modelom. Druhá časť nášho príbehu bude venovaná tomu, ako genetici hľadajú tento súbor a čo všetko sa im už podarilo objaviť.
Arkadij GolovSyndróm sa vyskytuje v dôsledku absencie časti genetického materiálu umiestneného na krátkom ramene 11. chromozómu. Odstránenie časti genetického materiálu sa nazýva delécia. Delécia vedie k porážke tých funkcií, ktoré mali vykonávať stratené gény.
Všetky gény, s výnimkou niektorých, ktoré sa nachádzajú na pohlavných chromozómoch, sú prezentované duplicitne. Každá osoba dostane jednu časť génov od svojej matky a druhú rovnakú časť od svojho otca. Oni zase dostali svoje páry génov od svojich rodičov. Genetický materiál sa prenáša od rodičov prostredníctvom reprodukčných buniek. Pohlavné bunky (vajíčko alebo spermie) sú jediné bunky v tele, ktoré nesú iba jednu kópiu genetického materiálu. Pred vstupom genetického materiálu sexuálna bunka, medzi dvoma kópiami génov sa gény premiešajú a každý rodič umiestni genetický materiál do reprodukčnej bunky, čo je zmes materiálu, ktorý naopak dostal od svojich rodičov. Nový život aj oni budú zamiešaní pred umiestnením do reprodukčnej bunky, aby vytvorili ďalšiu generáciu. Tento proces sa nazýva prekríženie. Vyskytuje sa medzi homológnymi oblasťami chromozómov počas tvorby zárodočných buniek. Prostredníctvom procesu kríženia môžu gény vytvárať nové kombinácie. Toto miešanie zabezpečuje rozmanitosť nových generácií. Načo to je? Je to potrebné, aby sa zabezpečila generačná variabilita, inak by sme prešli na naše deti presné kópie chromozómov získaných od jedného z našich rodičov, by bola generačná variabilita extrémne obmedzená, čo by znamenalo biologická evolúcia na Zemi by bola mimoriadne náročná, a preto by znížila šance na prežitie. V momente, keď k takýmto procesom dôjde, sa môže odtrhnúť kúsok chromozómu a výsledkom môže byť „vymazanie“. Delécia je typ mutácie. Ak sa vyskytne prvýkrát, potom sa takáto mutácia nazýva mutácia de novo (úplne prvá, počiatočná). Okrem mutácií, ktoré sa prvýkrát objavili v tele, existujú aj mutácie, ktoré sa dedia. De novo mutácia môže byť odovzdaná nasledujúcim generáciám, kedy sa už nebude nazývať de novo mutáciou.
Pri syndróme WAGR sa odstráni časť genetického kódu a nie je dostatok genetického materiálu.
V prírode existujú opačné stavy, keď sa choroba prejavuje v dôsledku extra kópie genetického materiálu.
Prejav WAGR syndrómu závisí od toho, ktoré gény sú v dôsledku delécie vypnuté. Susedné gény vždy vypadnú. Pri WAGR sa gén PAX6 a gén WT1 vždy stratia, čo vedie k typický prejav choroby. Bodové mutácie v géne PAX6 vedú k anirídii a mutácie vo WT1 vedú k Wilmsovmu nádoru. Pri WAGR nedochádza k mutácii týchto génov – samotné gény chýbajú.
Ľudia s WAGRO (pridalo sa písmeno O - obezita) syndrómom majú poškodený gén BDNF. Tento gén je exprimovaný v mozgu a je dôležitý v živote neurónov. Proteín produkovaný pod vplyvom tohto génu sa s najväčšou pravdepodobnosťou podieľa na regulácii sýtosti, smädu a telesnej hmotnosti. Strata BDNF je s najväčšou pravdepodobnosťou spojená s obezitou, ktorá začína v r detstva u detí s WAGRO syndrómom. Pacienti s WAGRO majú väčšie riziko neurologické problémy ako je znížená inteligencia, autizmus. Nebolo úplne preskúmané, či toto riziko súvisí špecificky so stratou génu BDNF
Vieme niečo o génoch, ktoré sú vypnuté pri syndróme WAGR:
WT1
WT1 je gén (gén Wilmsovho nádoru), ktorý vylučuje proteín potrebný pre normálny vývoj obličky a pohlavné žľazy (vaječníky u žien a semenníky u mužov). V týchto tkanivách hrá proteín úlohu pri bunkovej diferenciácii a apoptóze. Na dosiahnutie tohto všetkého WT1 funguje tak, že reguluje aktivitu iných génov väzbou oblastí DNA.
Gén WT1 je potrebný na potlačenie Wilmsovho nádoru. Existuje variant názvu génu Wilmov tumor tumor supresorový gén1 (gén potláčajúci vznik Wilmsovho tumoru).Jeho mutácia alebo absencia vedie k zvýšenému riziku vzniku tumoru.Práve kvôli pravdepodobnosti postihnutia tohto génu pri WAGR syndróme je nevyhnutné permanentné sledovanie stavu obličiek.
PAX6
PAX6 patrí do rodiny génov, ktoré hrajú rozhodujúcu úlohu vo vývoji orgánov a tkanív počas embryonálny vývoj. Členovia rodiny PAX sú dôležití pre normálne fungovanie rôzne bunky tela po narodení. Gény rodiny PAX sa podieľajú na syntéze proteínov, ktoré viažu špecifické úseky DNA a tým riadia aktivitu iných génov. Kvôli tejto vlastnosti sa proteíny PAX nazývajú transkripčné faktory.
Počas embryonálneho vývoja proteín PAX 6 aktivuje gény podieľajúce sa na vývoji očí, mozgu, miechy a pankreasu. PAX 6 sa podieľa na vývoji nervové bunkyčuchové cesty, ktoré sú zodpovedné za čuch. V súčasnosti funkcia PAX 6 počas vnútromaternicový vývoj S najväčšou pravdepodobnosťou to nebolo úplne preštudované a postupom času dostávame nové fakty. Po narodení proteín PAX6 reguluje mnoho génov v oku.
Nedostatok funkcie génu PAX 6 vedie k problémom s očami, ktoré sa vyskytujú po narodení.
BDNF
Gén BDNF kóduje proteín, ktorý sa nachádza v mozgu a miecha. Tento gén hrá úlohu pri raste a dozrievaní nervových buniek. Proteín BDNF je aktívny v synapsiách v mozgu. Synapsie sa môžu meniť a prispôsobovať v reakcii na skúsenosti. Proteín BDNF pomáha regulovať synaptickú variabilitu, ktorá je veľmi dôležitá pre učenie a pamäť.
Proteín BDNF sa nachádza v oblastiach mozgu, ktoré kontrolujú sýtosť, smäd a telesnú hmotnosť. S najväčšou pravdepodobnosťou tento proteín prispieva k týmto procesom.
Expresia tohto génu je znížená pri Alzheimerovej, Parkinsonovej a Huntingtonovej chorobe a tento gén môže hrať úlohu pri stresových reakciách a poruchách nálady. Gén BDNF pritiahol pozornosť mnohých výskumníkov. Existujú štúdie, ktoré študujú aktivitu proteínu BDNF v mozgu v závislosti od fyzické cvičenie, strava, psychická záťaž a iné stavy. Aktivita tohto proteínu je spojená s duševnou aktivitou a duševnými stavmi a pokúšajú sa ovplyvniť jeho hladinu.
Bol by som vďačný, keby ste ma na to upozornili nové informácie o tejto otázke. Všetko napíšte do komentárov.
Poznámka:
Slová proteín a proteín sú synonymá
Detekcia denovo mutácie v géne dystrofínu a jej význam pre medicínske genetické poradenstvo v svalová dystrofia Duchenne
Muravleva E.A., Starodubova A.V., Pyshkina N.P., Duysenova O.S.
Vedecký školiteľ: doktor lekárskych vied Doc. Kolokolov O.V.
Štátna rozpočtová vzdelávacia inštitúcia vyššieho odborného vzdelávania Štátna zdravotnícka univerzita v Saratove im. IN AND. Razumovského ministerstvo zdravotníctva Ruskej federácie
Neurologická klinika Pedagogickej fakulty a PPS pomenovaná po. K.N. Treťjakov
Úvod. Duchennova svalová dystrofia (DMD) je jednou z najčastejších dedičných neuromuskulárnych chorôb. Jeho prevalencia je 2-5: 100 000 obyvateľov, populačná frekvencia je 1: 3500 novonarodených chlapcov. Túto formu svalovej dystrofie prvýkrát opísali Edward Meryon (1852) a Guillaume Duchenne (1861).
Ochorenie je charakterizované X-viazaným recesívnym typom dedičnosti a ťažkým, progresívnym priebehom. DMD je spôsobená mutáciou v géne pre dystrofín, ktorého lokus je lokalizovaný na Xp21.2. Asi 30% prípadov je spôsobených de novo mutáciami, 70% - nosičstvom mutácie matkou probanda. Dystrofín je zodpovedný za spojenie cytoskeletu každého svalového vlákna so základnou bazálnou laminou (extracelulárna matrica) prostredníctvom proteínového komplexu, ktorý pozostáva z mnohých podjednotiek. Neprítomnosť dystrofínu vedie k prenikaniu nadbytočného vápnika do sarkolemy ( bunková membrána). Svalové vlákna podliehajú nekróze, svalové tkanivo je nahradené tukovým tkanivom, ako aj spojivovým tkanivom.
Moderná diagnostika DMD je založená na posúdení súladu prejavov ochorenia s klinickými, anamnestickými a laboratórno-inštrumentálnymi (sérová kreatínkináza (SKK), elektroneuromyografia (ENMG), histochemické vyšetrenie svalovej biopsie) kritériami, genealogickou analýzou a molekulárne genetickými výskumných údajov.
Vykonávanie lekárskeho genetického poradenstva v mnohých rodinách dnes pomáha predchádzať narodeniu chorého dieťaťa. Prenatálna DNA diagnostika pre skoré štádia tehotenstva v rodinách s dieťaťom trpiacim DMD, umožní zvoliť rodičom ďalšiu taktiku a prípadne predčasné ukončenie tehotenstva, ak je ochorenie u plodu prítomné.
V niektorých prípadoch klinický obraz pozorované u žien, ktoré sú heterozygotnými nosičmi mutantného génu vo forme zvýšenia lýtkové svaly, mierne vyjadrené svalová slabosť, pokles šľachových a periostálnych reflexov, podľa paraklinických štúdií sa zvyšuje hladina CCS. Okrem toho sa u žien so syndrómom Shereshevsky-Turner (genotyp 45, XO) môžu vyskytnúť klasické klinické prejavy DMD.
Klinický príklad. V našej ambulancii sa nachádza 7-ročný chlapec K., ktorý sa sťažuje na slabosť svalov rúk a nôh, únavu pri dlhšej chôdzi. Matka dieťaťa zaznamenáva pravidelné pády, ťažkosti pri chôdzi po schodoch, zhoršenú chôdzu (ako kačica), ťažkosti pri vstávaní zo sedu a zväčšenie objemu lýtkových svalov.
Raný vývoj dieťaťa prebiehal bez akýchkoľvek špeciálnych znakov. Vo veku 3 rokov si iní všimli abnormality motorické funkcie v podobe ťažkostí pri chôdzi po schodoch a pri vstávaní sa dieťa nezapájalo do hier vonku a začalo sa rýchlo unavovať. Potom sa chôdza typu „kačice“ zmenila. Ťažkosti sa zvýšili pri vstávaní zo sedu alebo z ľahu: krok za krokom „rebrík“ stúpajúci aktívnym používaním rúk. Postupne sa prejavil nárast objemu lýtka a niektorých ďalších svalov.
IN neurologické vyšetrenie vedenie klinický príznak je symetrická proximálna periférna tetraparéza, výraznejšia na nohách (svalová sila v proximálnych partiách Horné končatiny- 3-4 body, v distálnom - 4 body, v proximálnych úsekoch dolných končatín- 2-3 body, v distálnom - 4 body). Chôdza sa zmenila na typ „kačacieho“. Používa pomocné („myopatické“) techniky, napríklad vstávanie s rebríkom. Svalový tonus znížená, žiadne kontraktúry. Hypotrofia svalov panvového a ramenného pletenca. „Myopatické“ znaky, napríklad vo forme širokého medzilopatkového priestoru. Existuje pseudohypertrofia lýtkových svalov. Šľachové a periostálne reflexy - bez výrazného rozdielu medzi stranami; bicipitálny - nízky, tricipitálny a karporadálny - stredná živosť, koleno a Achillova - nízka. Na základe klinických údajov bolo podozrenie na DMD.
Pri štúdiu CCS bola jeho hladina 5379 jednotiek/l, čo je 31-krát viac ako norma (norma je až 171 jednotiek/l). Podľa ENMG boli zaznamenané znaky, ktoré sú charakteristické skôr pre stredne prebiehajúci primárny svalový proces. Získané údaje teda potvrdili prítomnosť DMD u pacienta.
Okrem probanda boli na vyšetrení aj jeho rodičia a staršia dcéra Rodená sestra. Nikto z príbuzných probanda klinické prejavy Nebola pozorovaná žiadna DMD. Matka však zaznamenala mierny nárast objemu lýtkových svalov. Podľa genealogického rozboru je proband jediným chorým v rodine. Zároveň nemožno vylúčiť, že matka dieťaťa a sestra probanda sú heterozygotnými nosičmi mutantného génu (obr. 1).
Ryža. 1 Rodokmeň
V rámci lekárskeho genetického poradenstva bola v rodine K. vyšetrená prítomnosť/neprítomnosť delécií a duplikácií v géne pre dystrofín. Molekulárno-genetická analýza v laboratóriu DNA diagnostiky Moskovského štátneho vedeckého centra Ruskej akadémie lekárskych vied odhalila deléciu exónu 45 u probanda K., čo napokon potvrdzuje zistené klinická diagnóza DMD. Matka nemala u svojho syna identifikovanú deléciu exónu 45. Výsledkom analýzy bolo, že sestrina delécia exónu 45, identifikovaná u jej brata, sa nenašla. Preto u subjektu má mutácia s najväčšou pravdepodobnosťou pôvod de novo, ale môže byť aj výsledkom zárodočnej mozaiky u matky. Preto pri mutácii de novo bude riziko, že matka bude mať choré dieťa, určené populačnou frekvenciou tejto mutácie (1:3500, ‹‹1 %), ktorá je oveľa nižšia ako pri recesívnom X-viazanom typ dedičstva (50 % chlapcov). Keďže nie je možné úplne vylúčiť, že mutácia môže byť výsledkom germinálnej mozaiky, pri ktorej dochádza k porušeniu dedičnosti podľa Mendelových zákonov, odporúča sa prenatálna diagnostika v ďalšom tehotenstve u matky a sestry probanda.
Záver. V súčasnosti má lekár široký arzenál symptomatických liekov používaných pri liečbe DMD, avšak napriek pokroku vedy, etiologická liečba MDD ešte nebolo vyvinuté, účinné lieky Pre náhradná liečba v DMD neexistuje. Podľa nedávneho výskumu kmeňových buniek existujú sľubné vektory, ktoré môžu nahradiť poškodené. svalové tkanivo. V súčasnosti je to však možné symptomatická liečba zamerané na zlepšenie kvality života pacienta. V tomto smere skorá diagnóza DMD hrá dôležitú úlohu pri včasnom medicínskom genetickom poradenstve a výbere ďalšej taktiky plánovaného rodičovstva. Na prenatálnu diagnostiku DNA sa odber choriových klkov (CVS) môže vykonať v 11. – 14. týždni tehotenstva, amniocentéza sa môže použiť po 15. týždni a odber krvi plodu sa môže vykonať približne v 18. týždni. Ak sa testovanie vykonáva na začiatku tehotenstva, predčasné ukončenie tehotenstva je možné, ak má plod ochorenie. V niektorých prípadoch sa odporúča vykonať predimplantačnú diagnostiku DNA a následne oplodnenie in vitro.
Závery. Poskytnúť skoré odhalenie a prevencie DMD je potrebné širšie využívať molekulárne genetické diagnostické metódy; zvýšiť pozornosť praktických lekárov v súvislosti s touto patológiou. Pri mutácii de novo je riziko matky mať choré dieťa určené populačnou frekvenciou mutácie génu dystrofínu. V prípadoch, keď je nosičom mutácie matka probanda, je na účely plánovania rodiny potrebná prenatálna alebo perimplantačná DNA diagnostika.
