Генные болезни

Генные болезни

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.