Генные болезни.
Это группа болезней, в основе развития которых лежат нарушения числа
или структуры хромосом, возникающие в гаметах родителей или на ранних
стадиях дробления зиготы. История изучения Х.б. берет начало с кинических
исследований, проводившихся задолго до описания хромосом человека и
открытия хромосомных аномалий. Х.б. - болезнь Дауна (трисомия 21) ,
синдромы: Тернера (трисомия 18), Клайнфелтера, Патау (трисомия 13),
Эдвардса.
С разработкой метода авторадиографии стала возможной идентификация некоторых индивидуальных хромосом, что способствовало открытию группы Х.б., связанных со структурными перестройками хромосом. Интенсивное развитие учения о Х.б. началось в 70х годах 20 в. после разработки методов дифференциального окрашивания хромосом.
Классификация Х.б. основана на типах мутаций вовлеченных в них хромосом. Мутации в половых клетках приводят к развитию полных форм Х.б., при которых все клетки организма имеют одну и ту же хромосомную аномалию.
В наст. Время описано 2 варианта нарушений числа хромосомных наборов - тетраплоидия и триплодия. Другая группа синдромов обусловлена нарушениями числа отдельных хромосом – трисомиями (когда имеется добавочная хромосома в диплоидном наборе) или моносомия (одна из хромосом отсутствует).Моносомии аутосом несовместимы с жизнью . Трисомии - более часто встречающаяся паталогия у человека . Ряд хромосомных болезней связан с нарушением числа половых хромосом.
Самая многочисленная группа Х.б.- это синдромы, обуслов ленные структурными перестройками хромосом. Выделяют хромо- сомные синдромы так называемых частичных моносомий (увеличение или уменьшение числа отдельных хромосом не на целую хромосому, а на ее часть).
В связи с тем, что подавляющая часть хромосомных аномалий относится к категории летальных мутаций, для характеристики их количественных параметров используются 2 показателя - частота распространениея и частота возникновения.
Выяснено, что около 170 из 1000 эмбрионов и плодов погибают до
рождения, из них около 40% - вследствие влияния хромосомных нарушений. Тем
не менее, значительная часть мутантов (носителей хромосомной аномалии)
минует действие внутриутробного отбора .
Но некоторые из них погибают в раннем детстве. Больные с аномалиями половых
хромосом из - за нарушений полового развития , как правило, не оставляют
потомства. Отсюда следует - все аномалии можно отнести к мутациям. Показано
,что в общем случае хромосомные мутации почти полностью изчезают из
популяции через 15 - 17 поколений .
Для всех форм Х.б. общим признаком является множественность нарушений (врожденные пороки развития). Общими проявлениями Х.б. являются: задержка физического и психомоторного развития, умственная отсталость, костно-мышечные аномалии, пороки сердечно - сосудистой, мочеполовой, нервной и др. систем, отклонение в гормональном, биохимическом и иммунологическом статусе и др.
Степень поражения органов при Х.б. зависит от многих факторов - типа хромосомной аномалии, недостающего или избыточного материала индивидуальной хромосомы, генотипа организма, условий среды, в котором развивается организм.
Этиологическое лечение Х.б. в настоящее время не разработано.
Разработка методов пренатальной диагностики делает этот подход эффективным в борьбе не только с хромосомными, но и с др. наследственными болезнями.
-
К настоящему времени на хромосомах человека картировано около 800 генов,
мутации которых приводят к различным наследственным заболеваниям.
Количество моногенных заболеваний, для которых известна локализация
контролирующего гена, еще больше и приближается к 950 за счет существования
аллельных серий, то есть групп болезней, клинически сильно отличающихся
друг от друга, но обусловленных мутациями в одном и том же гене . Для всех
этих заболеваний принципиально возможна пренатальная диагностика с
использованием косвенных методов молекулярного анализа .
Более половины картированных генов клонировано и охарактеризовано методами
молекулярного анализа. Для каждого из этих генов описаны мутантные варианты
среди соответствующих групп больных, причем количество идентифицированных
аллелей в разных генах может колебаться от одного до нескольких сотен
(см.ниже). Молекулярное генотипирование мутации позволяет проводить прямую
пренатальную диагностику соответствующего наследственного заболевания в
семьях высокого риска.
Другое положение, которое следует напомнить в вводной части этой главы
касается специфичности мутационных повреждений каждого структурного гена.
Несмотря на наличие общих закономерностей в мутационных процессах, спектр
мутаций для каждого гена, равно как и сами структурные гены —уникальны.
Причины этой уникальности кроются в особенностях первичной структуры ДНК
каждого гена, в частности, обогащенности CG нуклеотидами, его размерах,
наличии прямых и обращенных повторов, присутствии внутри гена ДНК
последовательностей, гомологичных внегенным участкам, что может приводть к
нарушениям процессов рекомбинации в мейозе и.т.д. Для каждого
идентифицированного гена, мутации которого приводят к наследственным
заболеваниям, разработаны эффективные методы молекулярной диагностики, как
правило, направленные на генотипирование наиболее частых мутаций этого
гена. Реже для этих же целей используется непрямой метод диагностики с
помощью молекулярных маркеров.
Примеры болезней
Адрено-генитальный синдром.
Адрено-генитальный синдром —(врожденный дефицит 21-гидроксилазы)
—достаточно распространенное аутосомно-рецессивное заболевание. Частота
«классических»форм 1:10 000 новоржденных, «неклассической»—около 1% в
популяции. В зависимости от характера нарушения функции гена и,
соответственно клинических проявлений «классическая форма»подразделляется
на два варианта: 1. летальная сольтеряющая форма; 2.
нелетальная —вирилизирующая форма, связанная c избытком андрогенов (Morel,
Miller, 1991).
В локусе 6р21.3, внутри сложного супергенетического комплекса HLA
идентифицированы два тандемно расположенных 21-гидроксилазных
гена —функционально активный CYP21B и псвдоген —CYP21А, неактивный
вследствие делеции в 3-м экзоне, инсерции со сдвигом рамки считывания в 7-м
экзоне и нонсенс мутаций —в 8-м экзоне. Ген и псевдоген разделены смысловой
последовательностью гена С4В, кодирующей 4-й фактор комплемента. Оба гена
состоят из 10 экзонов, имеют длину 3,4 кб и отличаются только по
87 нуклеотидам. Высокая степень гомологии и тандемное расположение указвают
на общность эволюционного происхождения этих генов. Любопытно отметить, что
такие же тандемно расположенные гены 21-гидроксилазы (называемые также
Р450с21) обнаружены и у других млекопитающих, причем у мышей, в отличие от
человека, активен только ген CYP21A, но не CYP21B, тогда как у крупного
рогатого скота функционально активны оба гена.
Белок- 21-гидроксилаза ( Р450с21- микросомальный цитохром 450) обеспечивает
превращение 17-гидроксипрогестерона в 11-дезоксикортизол и прогестерона —в
дезоксикортикостерон. В первом случае возникает дефицит глюкокортикоидов и,
прежде всего, кортизола, что в свою очередь стимулирует синтез АКТГ, и
ведет к гиперплазии коры надпочечников (вирилирующая форма). Нарушение
превращения прогестерона в дезоксипрогестерон ведет к дефициту
альдостерона, что в свою очередь нарушает способность почек удерживать ионы
натрия и приводит к быстрой потере соли плазмой крови (соль теряющая
форма).
Как и в случае гемофилии А, наличие рядом с кодирующим геном гомологичной
ДНК последовательности зачастую ведет к нарушениям спаривания в мейозе и,
как следствие этого, к конверсии генов (перемещения фрагмента активного
гена на псевдоген), либо к делеции части смыслового гена. В обоих случаях
функция активного гена нарушается. На долю делеций приходится около 40%
мутаций, на долю конверсий —20% и примерно 25% составляют точечные мутации.
Согласно отечественным данным в случае наиболее тяжелой сольтеряющей формы
АГС, на долю конверсий приходится более 20% мутантных хромосом, на долю
делеций —около 10% (Evgrafov et al., 1995).
Непрямая диагностика АГС возможна с помощью типирования тесно сцепленных с
геном CYP21B аллелей HLA A и HLA B генов, а также алелей гена HLA DQA1.
Прямая ДНК диагностика АГС основана на амплификакции с помощью ПЦР
отдельных фрагментов генов CYP21B и CYP21A, их рестрикции эндонуклеазами
HaeIII или RsaI и анализе полученных фрагментов после электрофореза
(Evgrafov et al., 1995).
10.4.10 Спинальная мышечная атрофия.
Спинальная мышечная атрофия (СМА) — аутосомно-рецессивное заболевание,
характеризуется поражением моторных нейронов передних рогов спинного мозга,
в результате чего развиваются симметричные параличи конечностей и мышц
туловища. Это —второе после муковисцидоза наиболее частое летальное
моногенное заболевание (частота 1: 6 000 новорожденных).
СМА подразделяется на три клинические формы. Тип I. Острая форма (болезнь
Верднига-Гоффмана), проявляется в первые 6 месяцев жизни и приводит к
смерти уже в первые два года; Тип II. Средняя (промежуточная) форма,
пациенты не могут стоять, но обычно живут более 4-х лет; Тип III.
Ювенильная форма (болезнь Кугельберга-Веландера) —прогрессирующая мышечная
слабость после 2-х лет. Все три формы представляют собой аллельные варианты
мутаций одного гена SMN (survival motor neurons), картированного в локусе
D5S125 (5q13) и идентифицированного методом позиционного клонирования
(см.Главу III) в 1995г (Lefebvre et al. 1995). В этой пока единственой
работе показано, что ген SMN размером всего 20 000 п.о.состоит из
8 экзонов. мРНК этого гена содержит 1 700 п.о. и кодирует ранее неизвестный
белок из 294 аминокислотных остатков с молекулярным весом 32 КилоДальтона.
Ген дуплицирован. Его копия (возможно вариант псевдогена) располагается
несколько ближе к центромере и отличается от гена SMN наличием 5-и точечных
мутаций, позволяющих отличить оба гена путем амплификации экзонов 7 и 8 и
их исследованием методом SSCP анализа (см.Главу IV). Ген назван сBCD541, по
аналогии с первоначальным вариантом названия для теломерной копии, то есть
гена SMN, tBCD541. Ген cBCD541 экспрессируется, но в отличие от гена SMN
его сДНК подвергается альтернативному сплайсингу с утратой экзона 7.
Отсутствие гена SMN (tBCD541) у 93% больных (213 из 229), его разорванная
(interrupted) структура у 13 обследованных пациентов (5.6%) и наличие
серьезных мутаций у оставшихся 3-х больных дали основание именно данную
теломерную копию гена считать ответственной за заболевание. Существенно
отметить, что центромерная копия гена обнаружена у 95.5% больных, тогда как
отсутствует она только у 4,4% пациентов.
В непосредственной близости от теломерного конца гена SMN идентифицирован
еще один ген —ген белка-ингибитора запрогаммированной гибели нейронов
(neuronal apoptosis inhibitory protein -NAIP). При тяжелых клинических
формах СМА (Тип I), обусловленных делециями, по-видимому, нередко
происходит утрата гена NAIP.
Согласно гипотезе авторов СМА возникает при гомозиготном состоянии мутаций
(обычно-делеций) в гене SMN, при этом различия между формами СМА
определяются двумя основными факторами: 1. числом копий гена
cBCD541 (две —в случае Типа I и четыре (возникающих вследствие конверсии
между SMN и cBCD541) — в случае Типа III), 2. наличием или отсутствием гена
NAIP. Среди всех обследованных СМА-больных не обнаружены случаи
одновременной делеции обоих гомологичных генов - SMN (tBCD541) и
сBCD541,что указывает, по мнению авторов,на то, что такая аберрация должна
проявляться как доминантная леталь еще в эмбриогенезе.
Некоторые положения этой, безусловно, основополагающей работы французских
авторов, по-видимому, еще требуют уточнения, однако, уже сейчас она сделала
возможной прямую молекулярную диагностику СМА у 98,6% больных. С этой целью
проводится амплификация экона 7, который отсутствует у подавляющего
большинства больных. Нормальный экзон 7 (ген SMN) дифференцируют от
мутантного варианта (ген cBCD541) c помощью SSCP анализа. При необходимости
возможна косвенная диагностика —ПЦР анализ динуклеотидных (CA) повторов ДНК
локусов D5S125; D5S112; D5S127; ПДРФ-анализ с фланкирующими ДНК-зондами MU,
105—RA; 153— GT.