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, nezávisle od seba, sa podľa The New York Times po prvý raz podarilo zistiť súvislosť medzi mutáciami určitých génov a pravdepodobnosťou, že sa u dieťaťa vyvinú poruchy autistického spektra. Vedci navyše našli vedecké potvrdenie už skôr identifikovaného priameho vzťahu medzi vekom rodičov, najmä otcov, a rizikom vzniku autizmu u potomkov.
Všetky tri skupiny sa zamerali na vzácnu skupinu genetických mutácií nazývanú „de novo“. Tieto mutácie nie sú dedičné, ale vyskytujú sa 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 sa našli dve deti s rovnakou mutáciou v rovnakom géne, pričom ich okrem diagnózy nič iné nespájalo.
"Je to ako zasiahnuť dvakrát ten istý bod šípkou do terča pri hraní šípok. Existuje 99,9999-percentná šanca, že zistená mutácia je spojená s autizmom," cituje publikáciu profesor State.
Tím pod vedením Evana E. Eichlera, profesora 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 iných génoch. Takéto zhody neboli pozorované u subjektov, ktoré neboli autistické.
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 každej osoby, ale podľa Dalyho ich majú autisti v priemere podstatne viac.
Všetky tri skupiny výskumníkov potvrdili aj predtým pozorovaný vzťah medzi vekom rodičov a autizmom u detí. 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 sa vyskytuje štyrikrát častejšie v mužskej DNA ako u žien. A ešte viac, ak vek muža presiahne 35 rokov. Vedci teda naznačujú, že práve poškodený otcovský genetický materiál získaný potomkom pri počatí je zdrojom tých mutácií, ktoré vedú k rozvoju autistických porúch.
Vedci sa zhodujú, že hľadanie spôsobov, ako zabrániť takémuto vývoju udalostí, bude dlhé, výskum genetickej podstaty autizmu sa len začína. Najmä Eichlerove a Dalyho tímy našli dôkazy, že gény s mutáciami „de novo“ sa podieľajú na rovnakých biologických procesoch. „Ale toto je len špička ľadovca," hovorí profesor Eichler. „Hlavná vec je, že sme sa všetci zhodli na tom, kde začať."
Schizofrénia je jednou z najzáhadnejších a najzložitejších chorôb, a to v mnohých smeroch. Je ťažké diagnostikovať - stále neexistuje konsenzus o tom, či je táto choroba jedna alebo viac podobných. Ťažko sa to lieči – dnes už existujú len lieky, ktoré potláčajú tzv. pozitívne príznaky (ako delírium), ale nepomáhajú vrátiť človeka do plnohodnotného života. Schizofréniu je ťažké študovať – okrem človeka ňou netrpí žiadne iné zviera, takže 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 posledných rokoch sa veci konečne rozbehli. O histórii objavenia schizofrénie a prvých výsledkoch jej štúdia neurofyziologickými metódami sme už hovorili. Tentoraz si povieme, ako vedci hľadajú genetické príčiny ochorenia.
Význam tejto práce nespočíva ani v tom, že takmer každý stý človek na planéte trpí schizofréniou a pokrok v tejto oblasti by mal aspoň radikálne zjednodušiť diagnostiku, aj keď nie je možné hneď vytvoriť dobrý liek. Význam genetického výskumu spočíva v tom, že už mení naše chápanie základných mechanizmov dedenia zložitých vlastností. Ak sa vedcom podarí pochopiť, ako sa taká komplexná choroba, akou je schizofrénia, môže „skryť“ v našej DNA, bude to znamenať radikálny prielom 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 (o niečo menej ako 1 % populácie). Chorobu sprevádza apatia, nedostatok vôle, často halucinácie, delírium, dezorganizácia myslenia a reči, poruchy motoriky. Symptómy zvyčajne spôsobujú sociálnu izoláciu a zníženú výkonnosť. Zvýšené riziko samovrážd u pacientov so schizofréniou, ako aj sprievodnými somatickými ochoreniami vedie k tomu, že sa ich celková dĺžka života skracuje o 10-15 rokov. Okrem toho majú pacienti so schizofréniou menej detí: muži majú v priemere 75 percent, ženy - 50 percent.
Posledné polstoročie bolo obdobím rýchleho pokroku v mnohých oblastiach medicíny, ale tento pokrok takmer neovplyvnil prevenciu a liečbu schizofrénie. V neposlednom rade je to spôsobené tým, že stále nemáme jasnú predstavu o porušení ktorých biologických procesov je príčinou rozvoja ochorenia. Toto nepochopenie spôsobilo, že od uvedenia prvého antipsychotického lieku chlórpromazínu (obchodný názov: Aminazín) na trh pred viac ako 60 rokmi nenastala kvalitatívna zmena v liečbe tohto ochorenia. Všetky v súčasnosti schválené antipsychotiká na liečbu schizofrénie (obe typické, vrátane chlórpromazínu a atypických) majú rovnaký hlavný mechanizmus účinku: znižujú aktivitu dopamínových receptorov, čím odstraňujú halucinácie a bludy, ale, žiaľ, majú malý vplyv na negatívne príznaky ako apatia, nedostatok vôle, poruchy myslenia atď. Vedľajšie účinky ani nespomíname. Bežným sklamaním vo výskume schizofrénie je, že farmaceutické spoločnosti už dlho znižujú financovanie antipsychotík, aj keď celkový počet klinických štúdií neustále rastie. 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 nechcela zapadnúť do rámca jednoduchých mendelovských modelov. Napriek vysokej dedičnosti ho nebolo možné priradiť k jednému alebo viacerým génom, preto sa v polovici storočia začali čoraz viac presadzovať takzvané „syntézy“. 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. Existovalo dokonca niečo ako „schizofrenogénni rodičia“.
Táto teória však napriek svojej popularite nemala dlhé trvanie. 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 dvojčiat je porovnanie pravdepodobnosti prejavu nejakého znamenia – v tomto prípade vývoja choroby – u jednovaječných a dvojčiat. Keďže rozdiel v vplyve prostredia na dvojčatá nezávisí od toho, či sú identické alebo súrodenecké, rozdiely v týchto pravdepodobnostiach by mali vyplývať najmä zo skutočnosti, že jednovaječné dvojčatá sú geneticky identické, zatiaľ čo dvojčatá majú v priemere len polovicu bežné varianty génov.
V prípade schizofrénie sa ukázalo, že zhoda identických dvojčiat je viac ako 3-krát vyššia ako zhoda dvojčiat: pre prvé je to približne 50 percent a pre druhé - menej ako 15 percent. Tieto slová by sa mali chápať takto: ak máte jednovaječné dvojča trpiace schizofréniou, potom vy sami ochoriete s pravdepodobnosťou 50 percent. 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 takmer rovnakým spôsobom – vlastnosti, ktoré sa vždy považovali za úzko súvisiace s genetikou. Mimochodom, ako sa neskôr ukázalo, rovnako vysoká dedičnosť je charakteristická pre tri zo štyroch ďalších hlavných duševných chorôb: poruchu pozornosti s hyperaktivitou, bipolárnu poruchu a autizmus.
Výsledky štúdií dvojčiat sa plne potvrdili v štúdii detí, ktoré sa narodili pacientom so schizofréniou a boli adoptované v ranom detstve zdravými adoptívnymi rodičmi. Ukázalo sa, že riziko vzniku schizofrénie u nich nie je 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 kondíciu nosiča (pripomeňme, že pacienti so schizofréniou zanechávajú aspoň o polovicu menej potomkov ako zdraví ľudia), tak ako to zvláda zostať v populácii aspoň ? Tento rozpor, okolo ktorého sa v mnohých ohľadoch odohráva hlavný boj medzi rôznymi teóriami, bol nazvaný „evolučným paradoxom schizofrénie“.
Až donedávna nebolo vedcom úplne jasné, aké špecifické znaky genómu pacientov so schizofréniou predurčujú vývoj ochorenia. Desaťročia prebieha búrlivá diskusia ani nie o tom, ktoré gény sa u pacientov so schizofréniou menia, ale o tom, aká je všeobecná genetická „architektúra“ choroby.
Znamená to nasledovné. Genómy jednotlivých ľudí sú si navzájom veľmi podobné, pričom rozdiely sú v priemere menšie ako 0,1 percenta nukleotidov. Niektoré z týchto charakteristických znakov genómu sú v populácii dosť rozšírené. Bežne sa predpokladá, že 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 migráciou predkov moderných ľudí z Afriky, takže sa bežne vyskytujú 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 z ľudí sú však iné genetické znaky – mladšie a vzácnejšie. Väčšina z nich neposkytuje dopravcom žiadnu výhodu, takže ich frekvencia v populácii, aj keď je fixná, zostáva nevýznamná. Mnohé z týchto vlastností (alebo mutácií) majú viac či menej výrazný negatívny vplyv na kondíciu, preto sa postupne negatívnou selekciou odstraňujú. Namiesto toho sa v dôsledku kontinuálneho procesu mutácie objavujú ďalšie nové škodlivé varianty. Celkovo frekvencia žiadnej z nových mutácií takmer nikdy nepresahuje 0,1 percenta a takéto varianty sa nazývajú zriedkavé.
Architektúra choroby teda presne znamená, ktoré genetické varianty – bežné alebo zriedkavé, so silným fenotypovým efektom alebo len mierne zvyšujúce riziko vzniku choroby – predurčujú jej výskyt. 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. Zároveň všetky „genetické architektúry“ schizofrénie navrhnuté v tomto období možno skombinovať do dvoch skupín: model „bežné ochorenie – bežné varianty“ (CV) a model „bežné ochorenie – zriedkavé varianty“ (bežné ochorenie – zriedkavé varianty“, RV). Každý z modelov poskytol svoje vlastné vysvetlenie „evolučného paradoxu schizofrénie“.
RV vs. životopis
Podľa modelu CV je genetickým substrátom schizofrénie súbor genetických vlastností, polygén, podobný tomu, čo určuje dedičnosť kvantitatívnych vlastností, 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 ochorenia). 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. V súhrne všetky kauzálne varianty určujú genetickú predispozíciu (zodpovednosť) každého jedinca k ochoreniu. Predpokladá sa, že pre kvalitatívne komplexné znaky, ako je schizofrénia, existuje určitá prahová hodnota predispozície a len u tých ľudí, ktorých predispozícia túto prahovú hodnotu presahuje, sa ochorenie rozvinie.
Prahový model náchylnosti na ochorenie. Je znázornené normálne rozdelenie predispozície vynesené na horizontálnej osi. Ochorenie sa rozvinie u ľudí, ktorých predispozícia prekročí prahovú hodnotu.
Prvýkrát takýto polygénny model schizofrénie navrhol v roku 1967 jeden zo zakladateľov modernej psychiatrickej genetiky Irving Gottesman, ktorý tiež významne prispel k preukázaniu 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. vyrovnávacia selekcia, teda pozitívny vplyv „schizofrenických polymorfizmov“ na zdravých nosičov. Nie je také ťažké si to predstaviť. Je napríklad známe, že schizoidní jedinci s vysokou genetickou predispozíciou na schizofréniu (ktorých je medzi blízkymi príbuznými pacientov veľa) sa vyznačujú zvýšenou úrovňou tvorivých schopností, čo môže mierne zvýšiť ich adaptáciu (to už bolo zobrazené vo viacerých dielach). Populačná genetika umožňuje situáciu, keď pozitívny efekt kauzálnych variantov u zdravých nosičov môže prevážiť negatívne dôsledky pre tých ľudí, ktorí majú príliš veľa týchto „dobrých mutácií“, čo viedlo k rozvoju ochorenia.
Druhým základným modelom genetickej architektúry schizofrénie je model RV. Navrhuje, že schizofrénia je kolektívny koncept a že každý jednotlivý prípad alebo rodinná anamnéza choroby je samostatná kvázi-Mendelova choroba spojená v každom jednotlivom prípade s jedinečnými zmenami v genóme. V tomto modeli sú kauzálne genetické varianty pod veľmi silným selekčným tlakom 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 riadime týmto modelom, potom musíme pripustiť, že mutácie v stovkách rôznych génov môžu viesť k rovnakému fenotypu. Schizofrénia je predsa bežné ochorenie a výskyt nových mutácií je zriedkavý. Napríklad údaje o sekvenovaní tripletov otec-matka-dieťa ukazujú, že v každej generácii sa vyskytuje iba 70 nových jednonukleotidových substitúcií na 6 miliárd nukleotidov diploidného genómu, z ktorých v priemere len niekoľko môže mať teoreticky nejaký vplyv. na fenotyp, a mutácie iných typov - ešte zriedkavejší výskyt.
Niektoré empirické dôkazy však nepriamo podporujú tento model genetickej architektúry schizofrénie. Začiatkom 90. rokov sa napríklad zistilo, že asi jedno percento všetkých pacientov so schizofréniou má mikrodeléciu v jednej z oblastí 22. chromozómu. 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 vedie k rôznym abnormalitám v tele, nazývaným „DiGeorgeov syndróm“. Tí, ktorí trpia týmto syndrómom, sa vyznačujú ťažkým narušením kognitívnych funkcií a imunity, často ich sprevádza hypokalciémia, ako aj problémy so srdcom a obličkami. U štvrtiny ľudí s DiGeorgeovým syndrómom sa rozvinie schizofrénia. Bolo by lákavé naznačiť, že ďalšie prípady schizofrénie sú spôsobené podobnými genetickými poruchami s katastrofálnymi následkami.
Ďalšie empirické pozorovanie nepriamo podporujúce úlohu de novo mutácie v etiológii schizofrénie je vzťah rizika ochorenia s vekom otca. Takže podľa niektorých údajov medzi tými, ktorých otcovia mali v čase narodenia viac ako 50 rokov, je 3-krát viac pacientov so schizofréniou ako medzi tými, ktorých otcovia mali menej ako 30 rokov. de novo mutácie. Takáto súvislosť je napríklad už dávno stanovená pre sporadické prípady inej (monogénnej) dedičnej choroby – achondroplázie. Táto korelácia bola nedávno potvrdená vyššie uvedenými údajmi o sekvenovaní tripletov: de novo mutácie sú spojené s vekom otca, ale nie s vekom matky. Podľa výpočtov vedcov dostane dieťa v priemere 15 mutácií od 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 je nad 50. Teda číslo de novo mutácií v genóme dieťaťa sa zvyšuje o dva s každým rokom života otca.
Zdá sa, že tieto údaje celkom jasne naznačujú kľúčovú úlohu de novo mutácie v etiológii schizofrénie. Situácia sa však v skutočnosti ukázala byť oveľa komplikovanejšia. Aj po oddelení dvoch hlavných teórií genetika schizofrénie desaťročia stagnovala. V prospech jedného z nich sa nepodarilo získať takmer žiadne spoľahlivé reprodukovateľné dôkazy. Ani o všeobecnej genetickej architektúre ochorenia, ani o špecifických variantoch, ktoré ovplyvňujú riziko vzniku ochorenia. Prudký skok nastal za posledných 7 rokov a je spojený predovšetkým s technologickými prelommi.
Hľadajte gény
Sekvenovanie prvého ľudského genómu, následné zdokonaľovanie technológií sekvenovania a potom nástup a rozsiahle zavedenie vysokovýkonného sekvenovania nakoniec umožnili získať viac-menej úplné pochopenie štruktúry genetickej variability v ľudskej populácii. Tieto nové informácie sa okamžite začali využívať na celoplošné hľadanie genetických determinantov predispozície k určitým chorobám vrátane schizofrénie.
Podobné štúdie sú štruktúrované takto. Najprv sa zozbiera vzorka nepríbuzných chorých ľudí (prípadov) a vzorka nepríbuzných zdravých jedincov (kontroly) približne rovnakej veľkosti. Všetci títo ľudia sú determinovaní prítomnosťou určitých genetických variantov – práve za posledných 10 rokov majú výskumníci možnosť ich určiť na úrovni celých genómov. Potom sa porovnáva frekvencia výskytu každého z identifikovaných variantov medzi skupinami chorých ľudí a kontrolnou skupinou. Ak je zároveň možné nájsť u nosičov štatisticky významné obohatenie jedného alebo druhého variantu, nazýva sa to asociácia. Medzi obrovské množstvo existujúcich genetických variantov teda patria tie, ktoré sú spojené s rozvojom ochorenia.
Dôležitým meradlom, ktoré charakterizuje účinok variantu spojeného s ochorením, je OD (odds ratio), ktorý je definovaný ako pomer šancí ochorieť u nositeľov tohto variantu v porovnaní s ľuďmi, ktorí ho nemajú. 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. Zároveň platí, že čím je OD bližšie k jednej pre daný variant, tým väčšia vzorka je potrebná, aby sa spoľahlivo potvrdilo, že asociácia skutočne existuje – že tento genetický variant skutočne ovplyvňuje vývoj ochorenia.
Takáto práca teraz umožnila odhaliť viac ako tucet submikroskopických delécií a duplikácií spojených so schizofréniou v celom genóme (nazývajú sa CNV - variácie počtu kópií, jedna z CNV práve spôsobuje nám už známy DiGeorgeov syndróm). Pre CNV, u ktorých sa zistilo, že spôsobujú schizofréniu, sa OD pohybuje od 4 do 60. Sú to vysoké hodnoty, ale vzhľadom na ich extrémnu vzácnosť, dokonca aj celkovo, všetky vysvetľujú len veľmi malú časť dedičnosti schizofrénie v populácia. Čo je zodpovedné za rozvoj choroby u všetkých ostatných?
Po relatívne neúspešných pokusoch nájsť CNV, ktoré by spôsobili rozvoj ochorenia nie v niekoľkých ojedinelých prípadoch, ale u značnej časti populácie, vkladali priaznivci „mutačného“ modelu veľké nádeje do iného typu experimentu. Porovnávajú u pacientov so schizofréniou a zdravých kontrol nie prítomnosť masívnych genetických preskupení, ale kompletné sekvencie genómov alebo exómov (úhrn všetkých sekvencií kódujúcich proteíny). Takéto údaje, získané pomocou vysokovýkonného sekvenovania, umožňujú nájsť vzácne a jedinečné genetické znaky, ktoré nie je možné zistiť inými metódami.
Zlacnenie sekvenovania umožnilo v posledných rokoch uskutočniť experimenty tohto typu na pomerne veľkých vzorkách, vrátane niekoľkých tisíc pacientov a rovnakého počtu zdravých kontrol v nedávnych štúdiách. 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 podieľajúcich sa na regulácii transkripcie. Rovnako ako v prípade 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. Zatiaľ čo však štúdium zriedkavých variantov môže stále poskytnúť niektoré cenné informácie (najmä tieto informácie budú dôležité pre vytváranie bunkových a zvieracích modelov schizofrénie), väčšina vedcov sa dnes zhoduje na tom, že zriedkavé varianty zohrávajú v dedičnosti len malú úlohu. CV model oveľa lepšie popisuje genetickú architektúru ochorenia. Dôvera v správnosť CV modelu prišla predovšetkým s vývojom štúdií typu GWAS, ktorým sa budeme podrobne venovať v druhej časti. Stručne povedané, štúdie tohto typu odhalili veľmi bežnú genetickú variabilitu, ktorá opisuje veľkú časť dedičnosti schizofrénie, ktorej existenciu predpovedal CV model.
Ďalšou podporou pre KV model pre schizofréniu je vzťah medzi úrovňou genetickej predispozície na schizofréniu a takzvanými poruchami schizofrenického spektra. Dokonca aj raní výskumníci schizofrénie si všimli, že medzi príbuznými pacientov so schizofréniou sú často nielen iní pacienti so schizofréniou, ale aj „excentrické“ osobnosti s zvláštnosťami charakteru 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 rôznych foriem schizofrénie sem patria poruchy s bludmi, 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 predispozície k ochoreniu sa môžu vyvinúť iné patológie schizofrenického spektra a závažnosť choroby koreluje s úrovňou predispozície.
Ak je táto hypotéza správna, bolo by logické predpokladať, že genetické varianty, o ktorých sa zistilo, že sú spojené so schizofréniou, by boli obohatené aj medzi ľuďmi s poruchami schizofrenického spektra. Na posúdenie genetickej predispozície každého jedinca sa používa špeciálna hodnota, ktorá sa nazýva úroveň polygénneho rizika (skóre polygénneho rizika). Úroveň polygénneho rizika zohľadňuje celkový príspevok všetkých bežných rizikových variantov identifikovaných v GWAS prítomných v genóme danej osoby k predispozícii k ochoreniu. 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 jeden problém zostáva – fenomén „starých otcov“. Ak veľká časť empirických dôkazov podporuje polygénny model schizofrénie, ako s ním možno zosúladiť dlho overenú súvislosť medzi vekom pri otcovstve a rizikom rozvoja schizofrénie u detí?
Elegantné vysvetlenie tohto javu bolo kedysi predložené v súvislosti s modelom CV. Predpokladá sa, že neskoré otcovstvo a schizofrénia nie sú príčinou a následkom, ale sú dvoma dôsledkami spoločnej príčiny, konkrétne genetickej predispozície neskorých otcov na schizofréniu. Na jednej strane môže vysoká miera náchylnosti na schizofréniu u zdravých mužov korelovať s neskorším otcovstvom. Na druhej strane je zrejmé, že vysoká predispozícia otca predurčuje 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 mužských spermií nemusí mať takmer žiadny vplyv na rozvoj schizofrénie u ich potomkov. Nedávne výsledky modelovania, berúc do úvahy epidemiologické údaje, ako aj čerstvé molekulárne údaje o frekvencii de novo mutácie sú v dobrej zhode s týmto vysvetlením fenoménu „starých otcov“.
V súčasnosti teda môžeme predpokladať, že neexistujú takmer žiadne presvedčivé argumenty v prospech „mutačného“ RV modelu schizofrénie. Kľúč k etiológii ochorenia teda spočíva v tom, ktorý konkrétny súbor bežných polymorfizmov spôsobuje schizofréniu v súlade s modelom CV. Ako genetici hľadajú tento súbor a čo všetko už objavili, bude predmetom druhej časti nášho príbehu.
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 zastúpené duplicitne. Každý človek dostane jednu časť génov od matky, druhú identickú od otca. Tí zase dostali svoje páry génov od svojich rodičov. Genetický materiál sa prenáša od rodičov prostredníctvom zárodočných buniek. Pohlavné bunky (vajíčko alebo spermie) sú jediné bunky v tele, ktoré nesú iba jednu kópiu genetického materiálu. Predtým, ako genetický materiál vstúpi do zárodočnej bunky, gény sa zamiešajú medzi dve kópie génov a u každého rodiča sa genetický materiál umiestni do zárodočnej bunky, ktorá je zmesou materiálu, ktorý on zase dostal z jeho rodičia. Ich nový život bude tiež zamiešaný pred umiestnením do sexuálnej klietky, aby sa vytvorila ďalšia generácia. Tento proces sa nazýva prekríženie. Vyskytuje sa medzi homológnymi oblasťami chromozómov v procese tvorby zárodočných buniek. V procese kríženia môžu gény vytvárať nové kombinácie. Takéto miešanie poskytuje množstvo nových generácií. Načo to je? Je to nevyhnutné na zabezpečenie generačnej variability, inak by sme našim deťom odovzdali presné kópie chromozómov získaných od jedného z našich rodičov, generačná variabilita by bola extrémne obmedzená, čo by mimoriadne sťažilo biologickú evolúciu na Zemi, a preto by znížilo šance na prežitie. V momente, keď k takýmto procesom dôjde, sa môže odtrhnúť kúsok chromozómu a dôjde k „vymazaniu“. Delécia je typ mutácie. Ak vznikla 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 sa môže preniesť na ďalšiu generáciu, potom sa už nebude nazývať de novo mutácia.
Pri syndróme WAGR sa odstráni časť genetického kódu a nie je dostatok genetického materiálu.
V prírode existujú reverzné stavy, kedy 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 typickému prejavu ochorenia. 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 so syndrómom WAGRO (pridané písmeno O – obezita) majú léziu génu BDNF. Tento gén je exprimovaný v mozgu a je dôležitý v živote neurónov. Proteín, ktorý vzniká pod vplyvom tohto génu, sa s najväčšou pravdepodobnosťou podieľa na regulácii sýtosti, smädu a telesnej hmotnosti. Strata BDNF je najpravdepodobnejšie spojená s detskou obezitou u detí s WAGRO syndrómom. Pacienti s WAGRO sú vystavení väčšiemu riziku neurologických problémov, ako je intelektuálny pokles, autizmus. Nie je úplne pochopené, či je toto riziko spojené 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 obličiek a pohlavných žliaz (vaječníkov u žien a semenníkov u mužov). V týchto tkanivách hrá proteín úlohu pri bunkovej diferenciácii a apoptóze. Na vykonávanie všetkých týchto funkcií reguluje WT1 aktivitu iných génov väzbou oblastí DNA.
Gén WT1 je potrebný na potlačenie Wilmsovho nádoru. Existuje variant názvu Wilmovho nádorového tumor supresorového génu1 (gén, ktorý potláča vývoj Wilmsovho nádoru).Jeho mutácia alebo absencia vedie k zvýšenému riziku vzniku nádoru.Práve kvôli pravdepodobnosti Tento gén sa podieľa na syndróme WAGR, že je potrebné neustále sledovanie stavu obličiek.
PAX6
PAX6 patrí do rodiny génov, ktoré hrajú rozhodujúcu úlohu vo vývoji orgánov a tkanív počas embryonálneho vývoja. Členovia rodiny PAX sú dôležití pre normálne fungovanie rôznych telesných buniek po narodení. Gény rodiny PAX sa podieľajú na syntéze proteínov, ktoré viažu špecifické oblasti DNA a tým riadia aktivitu iných génov. Kvôli tejto vlastnosti sa proteíny PAX nazývajú transkripčné faktory.
Počas embryonálneho vývoja proteín PAX 6 aktivuje gény, ktoré sa podieľajú na vývoji očí, mozgu, miechy a pankreasu. PAX 6 sa podieľa na vývoji nervových buniek čuchového traktu, ktoré sú zodpovedné za čuch. V súčasnosti funkcia PAX 6 počas vývoja plodu s najväčšou pravdepodobnosťou nie je úplne pochopená a postupom času získavame nové skutočnosti. Po narodení PAX6 tento proteín reguluje mnohé gény v oku.
Nedostatok funkcie génu PAX 6 vedie po narodení k problémom s očami.
BDNF
Gén BDNF kóduje proteín nachádzajúci sa v mozgu a mieche. 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 nevyhnutná pre učenie a pamäť.
BDNF je proteín nachádzajúci sa v oblastiach mozgu, ktoré sú zodpovedné za 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, tento gén môže hrať úlohu pri stresových reakciách a poruchách nálady. Gén BDNF pritiahol pozornosť mnohých výskumníkov. Existujú práce, ktoré študujú aktivitu proteínu BDNF v mozgu v závislosti od cvičenia, stravy, duševného stresu a iných podmienok. Aktivita tohto proteínu je spojená s duševnou aktivitou a duševnými stavmi a pokúšajú sa ovplyvniť jeho hladinu.
Bol by som vďačný, keby ste ma upozornili na nové informácie v tejto veci. Všetko napíšte do komentárov.
Poznámka:
Slová proteín a proteín sú synonymá.
Detekcia denovo mutácie v géne dystrofínu a jej význam pre medicínske genetické poradenstvo pri Duchennovej svalovej dystrofii
(klinické pozorovanie)
Muravleva E.A., Starodubova A.V., Pyshkina N.P., Duisenova O.S.
Vedecký poradca: d.m.s. Doc. Kolokolov O.V.
Štátna rozpočtová vzdelávacia inštitúcia vyššieho odborného vzdelávania Štátna zdravotnícka univerzita v Saratove im. IN AND. Razumovského ministerstvo zdravotníctva Ruskej federácie
Neurologické oddelenie FPC a PPS im. K.N. Treťjakovej
Úvod. Duchennova svalová dystrofia (DMD) je jednou z najčastejších dedičných nervovosvalových chorôb. Jej prevalencia je 2-5 : 100 000 populácie, populačná frekvencia je 1 : 3 500 novonarodených chlapcov. Túto formu svalovej dystrofie prvýkrát opísali Edward Meryon (1852) a Guillaume Duchenne (1861).
Ochorenie je charakterizované X-viazanou recesívnou dedičnosťou a ťažkým, progresívnym priebehom. DMD je spôsobená mutáciou v géne pre dystrofín, ktorého lokus sa nachádza 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 s hlavnou bazálnou laminou (extracelulárna matrica) prostredníctvom proteínového komplexu, ktorý pozostáva z mnohých podjednotiek. Neprítomnosť dystrofínu vedie k prenikaniu nadbytočného vápnika do sarkolemy (bunkovej membrány). 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 a anamnestickými a laboratórno-inštrumentálnymi (sérová kreatínkináza (CS), elektroneuromyografia (ENMG), histochemické štúdium svalovej biopsie) kritériami, genealogickou analýzou a údaje z molekulárno-genetických štúdií.
Vykonávanie lekárskeho genetického poradenstva v súčasnosti v mnohých rodinách môže zabrániť narodeniu chorého dieťaťa. Prenatálna DNA diagnostika na začiatku tehotenstva v rodinách s dieťaťom trpiacim DMD umožní rodičom zvoliť si ďalšiu taktiku a prípadne tehotenstvo v prípade ochorenia plodu predčasne ukončiť.
V niektorých prípadoch je klinický obraz pozorovaný u žien - heterozygotných nosičov mutantného génu vo forme nárastu lýtkových svalov, miernej svalovej slabosti, zníženia šľachových a periostálnych reflexov, podľa paraklinických štúdií hladina CCS zvyšuje. Okrem toho sa u žien so syndrómom Shereshevsky-Turner (genotyp 45, CW) môžu vyskytnúť klasické klinické prejavy DMD.
Klinický príklad. V našej ambulancii je pozorovaný 7-ročný chlapec K., ktorý sa sťažuje na slabosť svalov rúk a nôh, únavu pri dlhej chôdzi. Matka dieťaťa poznamenáva, že má pravidelné pády, ťažkosti pri chôdzi po schodoch, poruchy chôdze (ako "kačica"), ťažkosti so vstávaním zo sedu, nárast objemu lýtkových svalov.
Skorý vývoj dieťaťa bol bezproblémový. Vo veku 3 rokov si okolití ľudia všimli porušenie motorických funkcií vo forme ťažkostí pri chôdzi po schodoch, pri vstávaní sa dieťa nezúčastňovalo vonkajších hier a začalo sa rýchlo unavovať. Potom sa chôdza typu kačice zmenila. Ťažkosti sa zvyšovali pri vstávaní zo sedu alebo z polohy na bruchu: postupné vstávanie pomocou „rebríka“ s aktívnym používaním rúk. Postupne sa prejavil nárast objemu lýtka a niektorých ďalších svalov.
Pri neurologickom vyšetrení je vedúcim klinickým znakom symetrická proximálna periférna tetraparéza, výraznejšia na nohách (svalová sila v proximálnych častiach horných končatín - 3-4 body, v distálnych častiach - 4 body, v proximálnych častiach dolné končatiny - 2-3 body, v distálnych častiach - 4 body). Chôdza sa mení podľa typu „kačice“. Používa pomocné („myopatické“) techniky, napríklad vstávanie s „rebríkom“. Svalový tonus je znížený, nie sú žiadne kontraktúry. Hypotrofia svalov panvového a ramenného pletenca. „Myopatické“ znaky, napríklad v podobe širokého medzilopatkového priestoru. Existuje pseudohypertrofia lýtkových svalov. Šľachové a periostálne reflexy - bez výrazného rozdielu v stranách; bicipitálny - nízky, tricipitálny a karporadálny - stredná živosť, koleno a Achillova - nízka. Na základe klinických nálezov vzniklo podozrenie na DMD.
V štúdii KKS bola jeho hladina 5379 jednotiek/l, čo je 31-krát viac ako je norma (norma je až 171 jednotiek/l). Podľa ENMG boli zaregistrované znaky, ktoré sú skôr charakteristické pre stredne prebiehajúci primárny svalový proces. Získané údaje teda potvrdili prítomnosť DMD u pacienta.
Okrem probanda boli na vyšetrení aj jeho rodičia a staršia sestra. Žiadny z príbuzných probanda nemal klinické prejavy 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 rodina K. vyšetrená na 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 u probanda K. deléciu exónu 45, čo napokon potvrdzuje stanovenú klinickú diagnózu DMD. Delécia exónu 45 nájdená u syna sa nenašla u matky. U sestry sa ako výsledok analýzy nenašla delécia exónu 45, ktorá bola zistená u brata. 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 je porušená dedičnosť 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 v liečbe DMD, avšak napriek výdobytkom vedy nie je doposiaľ vyvinutá etiologická liečba DMD a neexistujú účinné lieky na substitučnú liečbu DMD. Podľa nedávneho výskumu kmeňových buniek existujú sľubné vektory, ktoré dokážu nahradiť poškodené svalové tkanivo. V súčasnosti je však možná len symptomatická liečba zameraná na zlepšenie kvality života pacienta. V tomto ohľade hrá včasná diagnostika DMD dôležitú úlohu pre včasné vedenie medicínskeho genetického poradenstva a voľbu ďalšej taktiky plánovaného rodičovstva. Na prenatálnu diagnostiku DNA je možné vykonať vyšetrenie choriovou biopsiou (CVS) v 11. – 14. týždni tehotenstva, amniocentézu možno použiť po 15. týždni a odber krvi plodu je možný 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. Na zabezpečenie včasnej detekcie a prevencie DMD je potrebné širšie využívať metódy molekulárno-genetickej diagnostiky; zvýšiť bdelosť lekárov vo vzťahu k tejto patológii. Pri mutácii de novo je riziko chorého dieťaťa u matky určené populačnou frekvenciou mutácie génu dystrofínu. V prípadoch, keď je nositeľkou mutácie matka probanda, je pre plánované rodičovstvo potrebná prenatálna alebo periimplantačná DNA diagnostika.
