Медична генетика Детекція мутації de novo у гені дистрофіну та її значення для медико-генетичного консультування при м'язовій дистрофії Дюшенна (клінічне спостереження)
Трьом групам американських учених, незалежно одна від одної, вдалося вперше встановити зв'язок між мутаціями у певних генах та ймовірністю розвитку у дитини розладів аутистичного спектру. The New York Times. Крім того, дослідники знайшли наукове підтвердження раніше виявленої прямої залежності між віком батьків, особливо батьків, та ризиком розвитку аутизму у потомства.
Всі три групи зосередилися на групі, що рідко зустрічається. генетичних мутацій, названа "de novo". Ці мутації не успадковуються, а творяться у процесі зачаття. Як генетичний матеріал були взяті зразки крові членів сімей, в яких батьки не були аутистами, а у дітей розвинулися різні розлади аутистичного спектру.
Перша група вчених під керівництвом Метью Стейта (Matthew W. State), професора генетики та дитячої психіатрії з Йельського університету, чия робота опублікована 4 квітня в журналі Nature, проаналізувала наявність мутацій "de novo" у 200 осіб з діагнозом "аутизм" , брати та сестри не були аутистами. У результаті було виявлено дві дитини з однаковою мутацією в тому самому гені, при цьому їх не пов'язувало більше нічого, крім діагнозу.
"Це як за грі дартсдвічі потрапити дротиком в ту саму точку на мішені. Імовірність того, що виявлена мутація пов'язана з аутизмом – 99,9999 відсотків”, – цитує видання професора Стейта.
Команда під керівництвом Івена Ейхлера (Evan E. Eichler), професора генетики з університету штату Вашингтон, досліджуючи зразки крові 209 сімей, у яких є діти-аутисти, виявила таку ж мутацію у тому самому гені в однієї дитини. Крім того, було виявлено двох дітей-аутистів з різних сімей, у яких виявились ідентичні між собою мутації "de novo", але в інших генах. Таких збігів у випробуваних - не аутистів не було помічено.
Третя група дослідників, яку очолював професор Марк Делі (Mark J. Daly) з Гарвардського університету, виявила у дітей-аутистів кілька випадків мутацій типу "de novo" у тих же трьох генах. Хоча б одна мутація такого типу є в генотипі будь-якої людини, але, вважає Делі, у аутистів, в середньому, їх значно більше.
Усі три групи дослідників також підтвердили і раніше помічений зв'язок між віком батьків та аутизмом у дитини. Чим старші батьки, насамперед батько, тим вищий ризик появи мутацій "de novo". Проаналізувавши 51 мутацію, команда під керівництвом професора Ейхлера з'ясувала, що в чоловічій ДНК такого роду ушкодження зустрічаються вчетверо частіше, ніж у жіночій. І тим частіше, якщо вік чоловіка перевищує 35 років. Таким чином, припускають вчені, саме пошкоджений батьківський генетичний матеріал, що отримується потомством при зачатті, є джерелом тих мутацій, які спричиняють розвиток аутистичних розладів.
Вчені згодні в тому, що пошук шляхів запобігання такому розвитку подій буде тривалим, дослідження генетичної природи аутизму тільки починається. Зокрема, команди Ейхлера та Делі знайшли свідчення того, що гени, в яких виявлено мутації "de novo", задіяні в одних і тих самих біологічних процесах. "Але це лише верхівка верхівки айсберга, – вважає професор Ейхлер. – Головне, що всі ми зійшлися на тому, з чого треба почати".
Шизофренія - одна з найзагадковіших і найскладніших хвороб, причому у багатьох сенсах. Її важко діагностувати - досі немає консенсусу про те, чи це одне захворювання чи багато схожих один на одного. Її складно лікувати – зараз є лише препарати, які пригнічують т.з. позитивні симптоми (начебто марення), але вони не допомагають повернути людину до повноцінного життя. Шизофренію складно дослідити - жодна інша тварина крім людини на неї не хворіє, тому і моделей для її вивчення майже немає. Шизофренію дуже важко зрозуміти з генетичної та еволюційної точки зору - вона сповнена протиріч, які біологи поки що не можуть вирішити. Однак хороші новини полягають у тому, що в Останніми рокамиНарешті, справа начебто зрушила з мертвої точки. Про історію відкриття шизофренії та перші результати її вивчення нейрофізіологічними методами ми вже. На цей раз мова піде про те, як вчені шукають генетичні причинивиникнення хвороби.
Важливість цієї роботи навіть не в тому, що на шизофренію хворіє майже кожна сота людина на планеті і прогрес у цій галузі повинен хоча б радикально спростити діагностику, - навіть якщо створити гарні лікивідразу і не вийде. Важливість генетичних дослідженьв тому, що вони вже зараз змінюють уявлення про фундаментальні механізми успадкування складних ознак. Якщо вченим таки вдасться зрозуміти, як може «ховатися» в нашій ДНК така складна хворобаяк шизофренія, це означатиме радикальний прорив у розумінні організації геному. І значення такої роботи вийде далеко за межі клінічної психіатрії.
Спершу трохи сирих фактів. Шизофренія - це важке, хронічне, що веде до інвалідності психічне захворювання, що вражає зазвичай людей молодому віці. Від неї страждає близько 50 мільйонів людей по всьому світу (трохи менше ніж 1% популяції). Захворювання супроводжується апатією, безвольністю, часто галюцинаціями, маренням, дезорганізацією мислення та мови, моторними порушеннями. Симптоми зазвичай стають причиною соціальної ізоляції та зниження працездатності. Підвищений ризик суїциду у хворих на шизофренію, а також супутні соматичні захворювання призводять до того, що загальна тривалість життя у них знижується на 10-15 років. Крім того, хворі на шизофренію мають менше дітей: чоловіки мають у середньому на 75 відсотків, жінки – на 50 відсотків.
Останні півстоліття стали часом бурхливого прогресу в багатьох галузях медицини, проте цей прогрес майже не торкнувся профілактики та лікування шизофренії. Не в останню чергуце пов'язано з тим, що ми досі не маємо виразного уявлення про те, порушення яких саме біологічних процесівє причиною розвитку захворювання. Такий дефіцит розуміння призвів до того, що з часу появи на ринку першого антипсихотичного препарату хлорпромазину (торгова назва: «Аміназин») понад 60 років тому так і не відбулося якісної зміни у лікуванні хвороби. Всі нині існуючі схвалені для лікування шизофренії антипсихотики (як типові, включаючи хлорпромазин, так і атипові) мають один і той же основний механізм дії: вони знижують активність дофамінових рецепторів, що усуває галюцинації та марення, але, на жаль, слабко впливає на негативну симптоматику на кшталт апатії, безволі, розладів мислення тощо. буд. Про побічні ефекти ми навіть згадуємо. Загальне розчарування в дослідженнях шизофренії проявляється в тому, що фармацевтичні компанії вже давно зменшують фінансування розробки антипсихотиків, - і це при тому, що загальне числоклінічних випробувань лише зростає. Однак надія на прояснення причин виникнення шизофренії прийшла з досить несподіваного боку - пов'язана з безпрецедентним прогресом у молекулярній генетиці.
Колективна відповідальність
Ще перші дослідники шизофренії помітили, що ризик захворіти тісно пов'язані з наявністю хворих родичів. Спроби встановити механізм успадкування шизофренії було здійснено майже відразу після перевідкриття законів Менделя, на початку XX століття. Однак, на відміну від багатьох інших хвороб, шизофренія ніяк не хотіла укладатися в рамки простих менделівських моделей. Незважаючи на високу успадкованість, зв'язати її з одним або декількома генами не виходило, тому до середини століття все більшою популярністю користувалися т.з. психогенні теорії розвитку хвороби У злагоді з вкрай популярним до середини століття психоаналізом, ці теорії пояснювали видиму успадкованість шизофренії не генетикою, а особливостями виховання та нездоровою атмосферою всередині сім'ї. З'явилося навіть таке поняття, як «шизофреногенні батьки».
Проте ця теорія, незважаючи на свою популярність, прожила недовго. Остаточну точку у питанні про те, чи є шизофренія спадковою хворобою, поставили психогенетичні дослідження, проведені вже у 60-70-ті роки. Це були насамперед близнюкові дослідження, а також дослідження прийомних дітей. Суть близнюкових досліджень полягає у порівнянні ймовірностей прояву якоїсь ознаки – в даному випадку розвитку захворювання – у одно- та різнояйцевих близнюків. Оскільки різниця в дії середовища на близнюків не залежить від того однояйцеві вони або різнояйцеві, то відмінності в цих ймовірностях повинні відбуватися головним чином від того, що однояйцеві близнюки генетично ідентичні, а різнояйцеві мають у середньому лише половину загальних варіантів генів.
У разі шизофренії виявилося, що конкордантність однояйцевих близнюків більш ніж у 3 рази перевищує конкордантність різнояйцевих: для перших вона становить приблизно 50 відсотків, а для других – менше 15 відсотків. Ці слова треба розуміти так: якщо у вас є однояйцевий брат-близнюк, який страждає на шизофренію, то ви самі занедужаєте з ймовірністю в 50 відсотків. Якщо ж ви з братом різнояйцеві близнюки, то ризик захворіти становить не більше 15 відсотків. Теоретичні розрахунки, які додатково враховують поширеність шизофренії у популяції, дають оцінку внеску спадковості у розвиток хвороби лише на рівні 70-80 відсотків. Для порівняння, приблизно так само успадковується зростання та індекс маси тіла – ознаки, які завжди вважалися тісно пов'язаними з генетикою. До речі, як виявилося пізніше, так само висока успадковуваність й у трьох із чотирьох основних психічних захворювань: синдрому дефіциту уваги і гіперактивності, біполярного розлади і аутизму.
Результати близнюкових досліджень повністю підтвердилися щодо дітей, які народилися у хворих на шизофренію і були усиновлені в ранньому дитинстві здоровими прийомними батьками. Виявилося, що ризик захворіти на шизофренію у них не знижений у порівнянні з дітьми, вихованими своїми батьками-шизофреніками, що однозначно вказує на ключову роль генів в етіології.
І тут ми підходимо до однієї з найзагадковіших особливостей шизофренії. Справа в тому, що якщо вона так сильно успадковується і при цьому дуже негативно впливає на пристосованість носія (нагадаємо, що хворі на шизофренію залишають принаймні вдвічі менше нащадків, ніж здорові люди), то як їй вдається зберігатися у популяції принаймні протягом ? Ця суперечність, навколо якої багато в чому відбувається головна боротьба між різними теоріями, отримала назву «еволюційного парадоксу шизофренії»
Донедавна вченим було зовсім неясно, які саме особливості геному хворих на шизофренію визначають розвиток хвороби. Протягом десятиліть гарячі суперечки велися навіть не про те, які саме гени змінені у хворих на шизофренію, а про те, якою є загальна генетична «архітектура» хвороби.
Мається на увазі таке. Геноми окремих людейдуже схожі одна на одну, відмінності в середньому становлять менше 0,1 відсотка нуклеотидів. Деякі з цих відмінних рисгеному досить поширені у популяції. Умовно вважається, що якщо вони зустрічаються у більш ніж одного відсотка людей, їх можна називати найпоширенішими варіантами чи поліморфізмами. Вважається, що такі поширені варіанти з'явилися в геномі людини понад 100 000 років тому, ще до першої еміграції з Африки предків сучасних людей, тому вони є зазвичай у більшості людських субпопуляцій. Природно, що для того, щоб існувати в значній частині популяції протягом тисяч поколінь, велика частина поліморфізмів має бути не надто шкідливою для своїх носіїв.
Однак у геномі кожного з людей є й інші генетичні особливості, - Молодші і рідкісні. Більшість із них не надає носіям будь-якої переваги, тому їх частота у популяції, навіть якщо вони фіксуються, залишається незначною. Багато з цих особливостей (або мутацій) мають більш менш виражений негативний вплив на пристосованість, тому вони поступово видаляються негативним відбором. Їм натомість у результаті безперервного мутаційного процесуз'являються інші шкідливі варіанти. У сумі частота будь-якої з нових мутацій майже ніколи не перевищує 0,1 відсотка, і такі варіанти називають рідкісними.
Так ось, під архітектурою хвороби мається на увазі те, які саме генетичні варіанти - поширені або рідкісні, що мають сильний фенотипічний ефект або злегка збільшують ризик розвитку хвороби, - визначають її появу. Саме навколо цього питання донедавна й точилися основні суперечки про генетику шизофренії.
Єдиний факт, безперечно встановлений молекулярно-генетичними методами щодо генетики шизофренії за останню третину XX століття – її неймовірна складність. Сьогодні очевидно, що схильність до хвороби визначається змінами у десятках генів. При цьому всі запропоновані за цей час «генетичні архітектури» шизофренії можна поєднати у дві групи: модель «поширена хвороба – поширена мінливість» («common disease – common variants», CV) та модель «поширена хвороба – рідкісні варіанти» («common disease - rare variants», RV). Кожна з моделей давала пояснення «еволюційного феномена шизофренії».
RV vs. CV
Згідно моделі CV генетичним субстратом шизофренії є якийсь набір генетичних особливостей, поліген, - схожий на те, що визначає успадкування кількісних ознак на кшталт зростання або маси тіла. Такий поліген - це набір поліморфізмів, кожен з яких лише трохи впливає на фізіологію (вони називаються "каузальними", тому що хоч і не поодинці, але призводять до розвитку хвороби). Щоб підтримувати характерний для шизофренії досить високий рівень захворюваності, необхідно, щоб цей поліген складався з поширених варіантів - адже зібрати в одному геномі багато рідкісних варіантів дуже складно. Відповідно, і кожна людина має десятки таких ризикованих варіантів у своєму геномі. Сумарно всі каузальні варіанти визначають генетичну схильність кожної окремої людини до захворювання. Передбачається, що з якісних складних ознак, як-от шизофренія, є якесь граничне значення схильності, і захворювання розвивається лише в тих людей, чия схильність перевищує це граничне значення.
Порогова модель схильності до захворювання. Показано нормальний розподілсхильності, відкладеної по горизонтальної осі. У людей, чия схильність перевищує граничне значення, розвивається захворювання.
Вперше така полігенна модель шизофренії була запропонована в 1967 році одним із засновників сучасної психіатричної генетики Ірвінгом Готтесманом, який зробив також значний внесок у доказ спадкової природи хвороби. З точки зору прихильників моделі CV збереження високої частоти каузальних варіантів шизофренії в популяції протягом багатьох поколінь може мати кілька пояснень. По-перше, кожен такий варіант має досить незначний вплив на фенотип, такі «квазі-нейтральні» варіанти можуть бути невидимі для відбору і залишатися поширеними в популяціях. Особливо це стосується популяцій з низькою ефективною чисельністю, де вплив випадковості не менш важливий, ніж тиск відбору - до них відноситься і населення нашого виду.
З іншого боку, висувалися припущення про присутність у разі шизофренії т.з. балансуючого відбору, тобто. позитивного впливу«шизофренічних поліморфізмів» на здорових носіїв. Це не так уже й складно уявити. Відомо, наприклад, що для шизоїдних особистостейз високою генетичною схильністю до шизофренії (яких багато серед близьких родичів хворих), характерний підвищений рівеньтворчих здібностей, що може трохи збільшувати їхню адаптацію (це показано вже в кількох роботах). Популяційна генетика припускає таку ситуацію, коли позитивний ефекткаузальних варіантів у здорових носіїв може переважувати негативні наслідкидля тих людей, у яких цих «хороших мутацій» виявилося дуже багато, що призвело до розвитку хвороби.
Друга базова модельГенетична архітектура шизофренії - модель RV. Вона припускає, що шизофренія - це збірне поняття і кожен окремий випадок чи сім'я історією захворювання - це окрема квазі-менделівська хвороба, пов'язана в кожному окремому випадку з унікальними змінами в геномі. У рамках цієї моделі каузальні генетичні варіанти знаходяться під дуже сильним тискомвідбору та досить швидко видаляються з популяції. Але оскільки в кожному поколінні відбувається небагато нових мутацій, то між відбором і виникненням каузальних варіантів встановлюється певна рівновага.
З одного боку, модель RV може пояснити, чому шизофренія дуже добре успадковується, але її універсальних генів досі не знайдено: адже в кожній родині успадковуються власні каузальні мутації, а універсальних просто немає. З іншого боку, якщо керуватися цією моделлю, то доводиться визнати, що мутації в сотнях різних генів можуть призводити до того самого фенотипу. Адже шизофренія – захворювання поширене, а виникнення нових мутацій відбувається рідко. Наприклад, дані з секвенування трійок батько-мати-дитина показують, що в кожному поколінні на 6 мільярдів нуклеотидів диплоїдного геному виникає лише 70 нових однонуклеотидних замін, з яких у середньому лише кілька теоретично можуть впливати на фенотип, а мутації інших типів - ще рідкісне явище.
Тим не менш, деякі емпіричні дані побічно підтверджують таку модель генетичної архітектури шизофренії. Наприклад, на початку 90-х років було виявлено, що близько одного відсотка всіх хворих на шизофренію мають мікроделецію в одній з областей 22-ої хромосоми. У переважній більшості випадків ця мутація не успадковується від батьків, а відбувається de novoу ході гаметогенезу. Один із 2000 людей народжується з такою мікроделецією, що призводить до різноманітних порушень у роботі організму, названого «синдромом Ді Джорджі». Для хворих на цей синдром характерні серйозні порушеннякогнітивних функцій та імунітету, часто вони супроводжуються гіпокальціємією, а також проблемами із серцем та нирками. У чверті хворих на синдром Ді Джорджі розвивається шизофренія. Заманливо було б припустити, що інші випадки шизофренії пояснюються подібними генетичними порушеннямиіз катастрофічними наслідками.
Іншим емпіричним спостереженням побічно підтверджує роль de novoмутацій в етіології шизофренії є зв'язок ризику захворіти на вік батька. Так, за деякими даними серед тих, чиїм батькам було більше 50 років на момент народження, у 3 рази більше хворих на шизофренію, ніж серед тих, чиїм батькам було менше 30. З іншого боку, досить давно висувалися гіпотези про зв'язок віку батька з виникненням de novoмутацій. Такий зв'язок, наприклад, давно встановлений для спорадичних випадків іншої (моногенної) спадкової хвороби- ахондроплазії. Ця кореляція зовсім недавно була підтверджена вищезгаданими даними щодо секвенування трійок: кількість de novoмутацій пов'язані з віком батька, але з віком матері. За розрахунками вчених від матері дитина в середньому отримує 15 мутацій незалежно від її віку, а від батька - 25, якщо їй 20 років, 55, якщо їй 35 років і більше 85, якщо вона старша за 50. Тобто кількість de novoмутацій у геномі дитини збільшується на дві з кожним роком життя батька.
Здавалося, разом ці дані досить ясно вказують на ключову роль de novoмутацій в етіології шизофренії. Однак ситуація насправді виявилася набагато складнішою. Вже після поділу двох основних теорій протягом десятиліть генетика шизофренії знаходилася в стагнації. Не було отримано майже жодних достовірних даних на користь однієї з них. Ні про загальну генетичну архітектуру хвороби, ні про конкретні варіанти, що впливають на ризик розвитку захворювання. Різкий стрибок стався за останні 7 років і він пов'язаний насамперед із технологічними проривами.
У пошуках генів
Секвенування першого геному людини, подальше вдосконалення технологій секвенування, а потім поява та повсюдне впровадження високопродуктивного секвенування дозволили нарешті отримати більш менш повне уявлення про структуру генетичної варіабельності в людській популяції. Ця нова інформація відразу почала використовуватися для повномасштабного пошуку генетичних детермінант схильності до тих чи інших захворювань, у тому числі і до шизофренії.
Будуються такі дослідження приблизно так. Спочатку збирається вибірка неспоріднених хворих людей (cases) і приблизно така ж за розміром вибірка неспоріднених здорових індивідуумів (controls). У всіх цих людей визначається наявність тих чи інших генетичних варіантів - якраз останні 10 років у дослідників з'явилася можливість визначати їх на рівні цілих геномів. Потім проводиться порівняння частоти народження кожного з певних варіантів між групами хворих людей і групою контролю. Якщо при цьому вдається знайти статистично достовірне збагачення того чи іншого варіанта носіїв, його називають асоціацією. Таким чином, серед неосяжного числа існуючих генетичних варіантів знаходяться ті, які пов'язані з розвитком хвороби.
Важливою величиною, що характеризує ефект асоційованого з хворобою варіанта, є OD (odds ratio, відношення ризиків), яке визначається як відношення шансів захворіти у носіїв даного варіантув порівнянні з тими людьми, у яких він відсутній. Якщо величина OD варіанта дорівнює 10 це означає наступне. Якщо взяти випадкову групу носіїв варіанта та рівну їй групу людей, у яких даний варіант відсутній, виявиться, що у першій групі хворих буде у 10 разів більше, ніж у другій. При цьому чим ближче OD до одиниці у даного варіанту, тим більша вибірка потрібна для того, щоб достовірно підтвердити те, що асоціація дійсно існує, - що це генетичний варіант дійсно впливає на розвиток хвороби.
Подібні роботи дозволили на цей час виявити по всьому геному більше десятка субмікроскопічних делецій і дуплікацій, асоційованих з шизофренією (їх називають CNV - copy number variations, одна з CNV якраз викликає вже відомий нам синдром Ді Джорджі). Для виявлених CNV, що викликають шизофренію, OD коливається в інтервалі від 4 до 60. Це високі значення, проте через надзвичайну рідкість навіть сумарно всі вони пояснюють лише дуже невелику частину успадкованості шизофренії в популяції. Що відповідає за розвиток хвороби у всіх інших?
Після порівняно невдалих спроб знайти такі CNV, які викликали б розвиток хвороби не в кількох поодиноких випадках, А у значної частини популяції, прибічники «мутаційної» моделі покладали великі надії інший тип експериментів. У них порівнюють у хворих на шизофренію та здорових контролівне наявність масивних генетичних перебудов, а повні послідовності геномів або екзомів (сукупностей всіх послідовностей, що кодують білки). Такі дані, які отримуються з використанням високопродуктивного секвенування, дозволяють знаходити рідкісні та унікальні генетичні особливості, які неможливо виявити іншими методами.
Здешевлення секвенування зробило в останні роки можливим експерименти такого типу на досить великих вибірках - кілька тисяч хворих, що включають в останніх роботах, і стільки ж здорових контролів. Який результат? На жаль, поки що вдалося виявити лише один ген, рідкісні мутації в якому достовірно асоційовані з шизофренією - це ген SETD1A, що кодує один з важливих білків, що беруть участь у регуляції транскрипції Як і у випадку з CNV, проблема тут та сама: мутації в гені SETD1Aщо неспроможні пояснювати скільки-небудь значної частини успадкованості шизофренії через те, що вони дуже рідкісні.
Зв'язок поширеності асоційованих генетичних варіантів (по горизонтальній осі) та їх впливу на ризик розвитку шизофренії (OR). На основному графіку червоними трикутниками показані деякі з виявлених на сьогодні CNV, асоційовані з хворобою, синіми кружками - SNP за даними GWAS. У врізі у тих самих координатах представлені області рідкісних і найчастіших генетичних варіантів.
Є вказівки на те, що існують інші рідкісні та унікальні варіанти, які впливають на схильність до шизофренії. І подальше збільшення вибірок в експериментах з використанням секвенування має допомогти знайти деякі з них. Однак, незважаючи на те, що дослідження рідкісних варіантів ще може принести деяку кількість цінної інформації (особливо ця інформація буде важлива для створення клітинних і тварин моделей шизофренії), більшість учених нині сходяться на думці, що рідкісні варіанти відіграють лише другорядну роль у спадковості шизофренії, а модель CV набагато краще описує генетичну архітектуру хвороби. Переконаність у вірності CV моделі прийшла насамперед із розвитком досліджень типу GWAS, про які ми докладно розповімо у другій частині. Коротко кажучи, дослідження такого типу дозволили виявити ту саму поширену генетичну мінливість, що описує значну частку успадкованості шизофренії, існування якої передбачалося моделлю CV.
Додатковим підтвердженням CV моделі для шизофренії є зв'язок між рівнем генетичної схильності до шизофренії і так званими розладами спектру шизофренічного. Ще ранні дослідники шизофренії помітили, що серед родичів хворих на шизофренію часто зустрічаються не тільки інші хворі на шизофренію, а й «ексцентричні» особистості з дивностями характеру та симптоматикою подібною до шизофренічної, але вираженої менш яскраво. Згодом подібні спостереження призвели до концепції, згідно з якою існує цілий набір хвороб, для яких характерні більш менш виражені порушення у сприйнятті реальності. Ця група хвороб отримала назву розладу спектру шизофренії. Крім різних формшизофренії до них відносять маячні розлади, шизотипічний, параноїдний та шизоїдний розлади особистості, шизоафективний розлад та деякі інші патології. Готтесман, пропонуючи свою полігенну модель шизофренії, припустив, що у людей із субпороговими значеннями схильності до хвороби можуть розвиватися інші патології шизофренічного спектру, причому тяжкість захворювання корелює з рівнем схильності.
Якщо ця гіпотеза вірна, логічно припустити, що генетичні варіанти, виявлені як асоційовані з шизофренією, будуть збагачені і серед людей, які страждають на розлади шизофренічного спектру. Для оцінки генетичної схильності кожної окремої людини використовується спеціальна величина, яка називається рівнем полігенного ризику (polygenic risk score). Рівень полігенного ризику враховує сумарний внесок усіх ідентифікованих у GWAS поширених ризикованих варіантів, наявних у геномі даної людини, у схильність до хвороби. Виявилося, що, як і передбачала модель CV, значення рівня полігенного ризику корелюють не тільки з самою шизофренією (що тривіально), але й з іншими хворобами спектру шизофренічного, причому важким типам розладів відповідають більш високі рівні полігенного ризику.
І все-таки залишається одна проблема – феномен «старих батьків». Якщо більшість емпіричних даних підтверджує полігенну модель шизофренії, як узгодити з нею давно відомий зв'язок між віком батьківства та ризиком дітей захворіти на шизофренію?
Колись було висунуто витончене пояснення цього феномену з погляду моделі CV. Передбачалося, що пізніше батьківство і шизофренія не є відповідно причиною та наслідком, а є двома слідствами. загальної причини, А саме генетичної схильності пізніх батьків до шизофренії З одного боку, високий рівень схильності до шизофренії може корелювати у здорових чоловіків із пізнішим батьківством. З іншого боку, очевидно, що висока схильність батька зумовлює підвищену ймовірність того, що його діти захворіють на шизофренію. Виходить, що ми можемо мати справу з двома незалежними кореляціями, а значить накопичення мутацій у попередниках сперматозоїдів у чоловіків може майже ніяк не впливати на розвиток шизофренії у їхніх нащадків. Нещодавно отримані результати моделювання, що враховує епідеміологічні дані, а також свіжі молекулярні дані щодо частоти de novoмутацій, добре узгоджуються саме з таким поясненням феномену «старих батьків».
Таким чином, у теперішній моментможна вважати, що переконливих аргументів на користь «мутаційної» моделі RV шизофренії вже майже не залишилося. Отже ключ до етіології хвороби у тому, який саме набір поширених поліморфізмів викликає шизофренію відповідно до CV-моделью. Тому, як цей набір шукають генетики і що їм вже вдалося виявити, буде присвячено другу частину нашої історії.
Аркадій ГоловСиндром виникає через відсутність частини генетичного матеріалу розташованого на короткому плечі 11 хромосоми. Видалення частини генетичного матеріалу називають делецією. Делеція призводить до поразки тих функцій, які мали виконуватися втраченими генами.
Всі гени, за винятком деяких, які розташовані в статевих хромосомах, представлені в подвійному екземплярі. Одну порцію генів кожна людина одержує від матері, другу ідентичну від батька. Ті, у свою чергу, отримали свої пари генів від своїх батьків. Генетичний матеріал передається від батьків через статеві клітини. Статеві клітини (яйцеклітина або сперматозоїд) це єдині клітини в організмі, які несуть лише одну копію генетичного матеріалу. Перед тим як генетичний матеріал потрапляє в статеву клітину, між двома копіями генів йде перетасовка генів і в кожен батько поміщає в статеву клітину генетичний матеріал, який є мікстом від того матеріалу, який він у свою чергу отримав від своїх батьків. Нове життяїх теж тасуватиме перед тим як помістити в статеву клітину для створення наступного покоління. Цей процес називається кросинговер. Він відбувається між гомологічними ділянками хромосом, у процесі формування статевих клітин. У процесі кросинговера гени можуть створювати нові комбінації. Таке змішування забезпечує різноманітність нових поколінь. Для чого це потрібно? Це потрібно для того, щоб забезпечити мінливість покоління, інакше ми передавали б нашим дітям точні копіїхромосом, отриманими від одного з наших батьків, мінливість поколінь була б вкрай обмежена, що зробило б біологічну еволюціюна Землі вкрай скрутною, а відтак і зменшило б шанси на виживання. У момент, коли проходять такі процеси, може відірватися шматочок хромосоми і вийти “делеція”. Делеція – це вид мутації. Якщо виникла вперше, то така мутація називається мутацією de novo (найперша, початкова). Окрім мутацій, які вперше виникли в організмі, існують мутації, що передалися у спадок. Мутація de novo може бути передана наступним поколінням, тоді вона вже не називатиметься мутацією de novo.
При WAGR синдромі частина генетичного коду видалена та генетичного матеріалу не вистачає.
У природі існують зворотні стани, коли захворювання проявляється через надмірну копію генетичного матеріалу.
Прояв WAGR синдрому залежить від того, які саме гени виключені в результаті делеції. Завжди випадають сусідні гени. При WAGR завжди випадають PAX6 ген та WT1 ген, що веде до типовому проявузахворювання. Точкові мутації гена PAX6 ведуть до аніридії, а мутації WT1 ведуть до пухлини Вільмса. При WAGR немає мутації цих генів – відсутні самі гени.
Люди з WAGRO (додалася буква Про - obesity) синдромом є поразка гена BDNF. Цей ген експресується в головному мозку та важливий у житті нейронів. Протеїн, який продукується під впливом цього гена, швидше за все бере участь у регуляції насичення, спраги та маси тіла. Втрата BDNF швидше за все пов'язана з ожирінням, яке починається в дитячому віціу дітей із WAGRO синдромом. Пацієнти з WAGRO мають більший ризик неврологічних проблемтаких як зниження інтелекту, аутизм. Чи не вивчено до кінця, чи пов'язаний цей ризик саме з втратою гена BDNF
Про гени, які вимкнулися при WAGR синдромі ми дещо знаємо:
WT1
WT1 - ген (Wilms tumor gene), який секретує протеїн, необхідний для нормального розвиткунирок та гонад (яєчників у жінок та яєчок у чоловіків). У цих тканинах протеїн відіграє роль диференціації клітин і апоптозу. Для всіх цих функція WT1 регулює активність інших генів шляхом зв'язування регіонів ДНК.
Ген WT1 необхідний придушення пухлини Вільмса. Зустрічається варіант назви гена Wil's tumour tumor suppressor gene1 (ген пригнічує розвитку пухлини Вільмса). Його мутація або відсутність веде до збільшеного ризику розвитку пухлини. Саме через ймовірність залучення цього гена в WAGR синдром необхідний перманентний контроль за станом нирок.
PAX6
PAX6 відноситься до сімейства генів, які відіграють критичну роль у розвитку органів і тканин під час ембріонального розвитку. Члени сімейства PAX важливі для нормального функціонуваннярізних клітин організму після народження. Гени сімейства PAX беруть участь у синтезі протеїнів, які пов'язують специфічні ділянки ДНК і контролюють активність інших генів. Через таку властивість, PAX протеїни називають факторами транскрипції (transcription factors)
У період ембріонального розвитку, PAX 6 білок активує гени залучені до розвитку очей, мозку, спинного мозку та підшлункової залози. PAX 6 бере участь у розвитку нервових клітинольфакторного тракту, які відповідають за нюх. В даний час функція PAX 6 під час внутрішньоутробного розвиткушвидше за все, не вивчена до кінця і з часом ми отримуємо нові факти. Після народження PAX6 протеїн регулює безліч генів у вічі.
Недостатність функції гена PAX 6 веде до того що проблеми з очима виникають після народження.
BDNF
BDNF ген кодує білок, який виявляється в головному мозку та в спинному мозку. Цей ген відіграє роль у зростанні, дозріванні нервових клітин. BDNF білок активний у синапсах головного мозку. Синапси можуть змінюватись і адаптуватися у відповідь на досвід. BDNF білок допомагає регулювати мінливість синапсів, що дуже важливо для навчання та пам'яті.
BDNF протеїн знайдений у регіонах головного мозку, які відповідають за ситість, спрагу та вагу тіла. Швидше за все цей білок робить внесок у ці процеси.
Експресія цього гена знижена при хворобах Альцгеймера, Паркінсона та Хантінгтона, цей ген може відігравати роль у відповідях на стрес та хворобах розладу настрою. Ген BDNF привертає увагу багатьох дослідників. Існують роботи, які вивчають активність білка BDNF у головному мозку залежно від фізичних вправ, дієти, розумової напруги та інших станів Активність даного білка пов'язують із ментальною діяльністю та психічними станами, проводяться спроби впливати на його рівень.
Я буду вдячний за вказівку мені про нової інформаціїз цього питання. Пишіть все у коментарях.
Примітка:
Слова протеїн та білок є синонімами
Детекція мутації denovo в гені дистрофіну та її значення для медико-генетичного консультування при м'язової дистрофіїДюшенна
Муравльова Е.А., Стародубова А.В, Пишкіна Н.П., Дуйсьонова О.С.
Науковий керівник: д.м.н. доц. Дзвонів О.В.
ГБОУ ВПО Саратовський ДМУ ім. В.І. Розумовського МОЗ РФ
Кафедра неврології ФПК та ППЗ ім. К.М. Третьякова
Вступ.М'язова дистрофія Дюшенна (МДД) відноситься до спадкових нервово-м'язових хвороб, що найчастіше зустрічаються. Поширеність її становить 2-5: 100 000 населення, популяційна частота - 1: 3500 новонароджених хлопчиків. Ця форма м'язової дистрофії вперше описана Edward Meryon (1852) і Guillaume Duchenne (1861).
Захворювання характеризується Х-зчепленим рецесивним типом успадкування та важким, прогресуючим перебігом. МДД обумовлена мутацією в гені дистрофіну, локус якого локалізовано на Xp21.2. Близько 30% випадків обумовлені мутаціями de novo, 70% - носієм мутації матір'ю пробанда. Дистрофін відповідає за з'єднання цитоскелета кожного м'язового волокна з основною базальною пластинкою (позаклітинного матриксу) через білковий комплекс, що складається з багатьох субодиниць. Відсутність дистрофіну призводить до проникнення надлишкового кальцію в сарколему ( клітинну мембрану). М'язові волокна піддаються некрозу, відбувається заміщення м'язової тканини жирової, а також сполучної.
Сучасна діагностика МДД заснована на оцінці відповідності проявів хвороби клініко-анамнестичним та лабораторно-інструментальним (креатин-кіназа сироватки крові (ККС), електронейроміографія (ЕНМГ), гістохімічне дослідження м'язового біоптату) критеріям, генеа.
Проведення медико-генетичного консультування нині у багатьох сім'ях дозволяє попередити народження хворої дитини. Пренатальна ДНК діагностика на ранніх термінахвагітності в сім'ях, що мають дитину, яка страждає на МДД, дозволить вибрати подальшу тактику для батьків і, можливо, достроково припинити вагітність у разі наявності захворювання у плода.
У ряді випадків клінічна картинаспостерігається у жінок – гетерозиготних носіїв мутантного гена у вигляді збільшення литкових м'язів, помірно вираженою м'язової слабкості, зниження сухожильних та періостальних рефлексів, за даними параклінічних досліджень підвищується рівень ККС. Крім того, класичні клінічні прояви МДД можуть виникати у жінок із синдромом Шерешевського-Тернера (генотип 45 ХО).
Клінічний приклад.У нашій клініці спостерігається хлопчик К., 7 років, який скаржиться на слабкість у м'язах рук і ніг, стомлюваність при тривалій ходьбі. Мама дитини відзначає у нього періодичні падіння, утруднення при підйомі сходами, порушення ходи (на кшталт «качиної»), труднощі при вставанні зі становища сидячи, збільшення литкових м'язів в обсязі.
Раннє розвиток дитини протікало без особливостей. У віці 3-х років оточуючі помітили порушення рухових функційу вигляді появи труднощів при ходьбі сходами, при вставанні, дитина не брала участі в рухливих іграх, стала швидко втомлюватися. Потім змінилася хода на кшталт «качиної». Наростали труднощі при вставанні зі становища сидячи або лежачи: поетапне вставання «драбинкою» з активним використанням рук. Поступово стало помітним збільшення литкових та деяких інших м'язів обсягом.
У неврологічному оглядіпровідним клінічною ознакоює симетричний проксимальний периферичний тетрапарез, більш виражений у ногах (м'язова сила у проксимальних відділах верхніх кінцівок- 3-4 бали, у дистальних - 4 бали, у проксимальних відділах нижніх кінцівок- 2-3 бали, у дистальних - 4 бали). Хода змінена на кшталт «качиною». Використовує допоміжні («міопатичні») прийоми, наприклад вставання «драбинкою». М'язовий тонусзнижений, контрактур немає. Гіпотрофія м'язів тазового та плечового поясу. «Міопатичні» риси, наприклад, у вигляді широкого міжлопаткового простору. Є псевдогіпертрофія литкових м'язів. Сухожильні та періостальні рефлекси - без достовірної різниці сторін; біципітальні - низькі, триципітальні та карпорадіальні - середньої жвавості, колінні та ахіллові - низькі. На підставі клінічних даних запідозрена МДД.
Під час дослідження ККС її рівень становив 5379 од/л, що у 31 разів вище норми (норма - до 171 од/л). За даними ЕНМГ зареєстровані ознаки, характерніші для помірно поточного первинно-м'язового процесу. Таким чином отримані дані підтвердили наявність у пацієнта МДД.
Крім пробанда оглянуті його батьки та старша рідна сестра. Ні в кого із родичів пробанда клінічних проявівМДД не спостерігалося. Однак у матері помічено деяке збільшення литкових м'язів обсягом. За даними генеалогічного аналізу, пробанд є єдиним хворим у сім'ї. При цьому не можна виключити, що мати дитини та рідна сестра пробанда є гетерозиготними носіями мутантного гена (рис. 1).
Мал. 1 Родовід
У рамках медико-генетичного консультування сім'я К. була обстежена щодо наявності/відсутності делецій і дуплікацій у гені дистрофіну. Молекулярно-генетичний аналіз у лабораторії ДНК-діагностики МГНЦ РАМН виявив у пробанда К. делецію 45 екзонів, що остаточно підтверджує встановлений клінічний діагнозМДД. У матері делеція 45 екзонів, виявлена у сина, не виявлена. У сестри в результаті аналізу делецію 45 екзонів, виявлену у брата, не знайдено. Отже, у досліджуваного мутація, швидше за все, має походження de nоvo, проте вона може бути результатом гермінального мозаїцизму у матері. Відповідно, при мутації de novo ризик народження хворої дитини у матері визначатиметься популяційною частотою даної мутації (1:3500, ‹‹1%), що значно менше, ніж при Х-зчепленому рецесивному типі спадкування (50% хлопчиків). Оскільки неможливо повністю виключити, що мутація може стати результатом гермінального мозаїцизму, при якому успадкування за законами Менделя порушується, рекомендується проведення пренатальної діагностики при наступній вагітності у матері та сестри пробанда.
Висновок.В даний час лікар має широкий арсенал симптоматичних засобів, що використовуються в лікуванні МДД, проте, незважаючи на досягнення науки, етіологічне лікуванняМДД досі не розроблено, ефективних препаратівдля замісного лікуванняпри МДД немає. Згідно з недавніми дослідженнями стовбурових клітин, існують перспективні вектори, які можуть замінити пошкоджені. м'язові тканини. Однак, в даний час, можливо лише симптоматичне лікування, спрямоване на покращення якості життя хворого. В зв'язку з цим рання діагностикаМДД відіграє найважливішу роль для своєчасного проведення медико-генетичного консультування та вибору подальшої тактики планування сім'ї. Для пренатальної ДНК діагностики дослідження за допомогою біопсії хоріону (CVS) можна проводити на 11-14 тижні вагітності, амніоцентез можна використовувати після 15 тижнів, забір крові плода можливий приблизно на 18 тижні. Якщо тестування буде здійснено на ранніх термінах вагітності, можливе дострокове припинення вагітності у разі захворювання у плода. У ряді випадків доцільним є проведення преімплантаційної ДНК діагностики з подальшим екстракорпоральним заплідненням.
Висновки.Для забезпечення раннього виявленнята профілактики МДД необхідно ширше використовувати методи молекулярно-генетичної діагностики; підвищити настороженість практикуючих лікарів щодо цієї патології. При мутації de novo ризик народження хворої дитини у матері визначається частотою популяційної мутації гена дистрофіну. У випадках носійства мутації матір'ю пробанда потрібна пренатальна або перимплантаційна діагностика ДНК з метою планування сім'ї.
