1. Вопрос 4. Митохондриальные заболевания

Митохондриальные заболевания обусловлены генетическими, структурными, биохимическими дефектами митохондрий, приводящими к нарушениям тканевого дыхания. Они передаются только по женской линии к детям обоих полов, так как сперматозоиды передают зиготе половину ядерного генома, а яйцеклетка поставляет и вторую половину генома, и митохондрии. Патологические нарушения клеточного энергетического обмена могут проявляться в виде дефектов различных звеньев в цикле Кребса, в дыхательной цепи, процессах бета-окисления и т. д.

Можно выделить 2 группы митохондриальных заболеваний:

Ярко выраженные наследственные синдромы, обусловленные мутациями генов, ответственных за митохондриальные белки (синдром Барта, синдром Кернса-Сейра, синдром Пирсона, синдром MELAS, синдром MERRF и другие).

«Вторичные митохондриальные заболевания», включающие нарушение клеточного энергообмена как важное звено формирования патогенеза (болезни соединительной ткани, синдром хронической усталости, гликогеноз, кардиомиопатия, мигрень, печеночная недостаточность, панцитопения, а также гипопаратиреоз, диабет, рахит и другие).

Синдром MELAS (англ. Mitochondrial encephalomyopathy, lactic acidosis, and stroke-like episodes — «митохондриальная энцефаломиопатия, лактатацидоз, инсультоподобные эпизоды») — прогрессирующее нейродегенеративное заболевание, характеризующееся проявлениями, перечисленными в названии, и сопровождается полиморфной симптоматикой — диабетом, судорогами, снижением слуха, сердечными заболеваниями, низким ростом, эндокринопатиями, непереносимостью физических нагрузок и нейропсихиатрическими отклонениями. В каждом конкретном случае набор симптомов и их тяжесть может сильно отличаться, поскольку синдром связан с мутациями во многих генах: MTTL1, MTTQ, MTTH, MTTK, MTTS1, MTND1, MTND5, MTND6, MTTS2. Мутации могут возникать впервые у конкретного пациента, либо наследоваться по материнской линии. Всего к 2009 году было обнаружено 23 миссенсных точечных мутаций и 4 делеции мтДНК, приводящих к MELAS, однако продолжаются сообщения о новых пациентах с симптомами расстройства при отсутствии известных мутации.

Лечение синдрома пока не известно, зачастую он утягощается, приводя в итоге к гибели пациента. Предпринимаются попытки замедлить его течение. Исследуется применение L-аргинина для уменьшения повреждений мозга при инсультоподобных эпизодах,[4][5][6][7] причём исследователи сообщают, что до принятия препарата уровень аргинина в крови пациентов был значительно снижен во время эпизодов.[4] Предварительные результаты обнадёживают, однако нужны дополнительные исследования. L-аргинин провоцирует выделение NO - газа, имеющего как положительный эффект - расширение сосудов, так и отрицательный: избыток может быть токсичным.

Также применяется кофермент Q, в отсутствие результатов адекватных клинических исследований; такие исследования начаты, но ещё не завершены по состоянию на конец 2009 года.

1. Вопрос 5. Болезнь экспансии тринуклеотидных повторов.

Болезни экспансии тринуклеотидных повторов (БЭТП) -достаточно большой класс наследственных заболеваний, объединенных на основе общности молекулярного механизма — наличия, так называемых, «динамических мутаций», характеризующихся увеличением числа копий тандемных тринуклеотидных повторов в регуляторной или транслируемой части генов. Такой тип мутаций обнаружен пока только в генах человека и не встретился ни у одного из видов млекопитающих или других хорошо изученных живых организмов. Показано, что для некоторых генов в норме характерно наличие определенного числа тринуклеотидных повторов, причем, для каждого из нихсушествуетопределенный количественный интервал популяционной изменчивости, при этом число повторов в нормальных аллелях может варьировать от нескольких десятков до нескольких сотен. Появление клинических признаков наблюдается лишь тогда, когда количество повторов превысит критический для данного гена уровень. Возникновение этих мутаций - двухступенчатый процесс.

На первом этапе происходит увеличение количества повторов выше характерного для популяции уровня при прохождении клетки через мейоз. Для одних заболеваний характерно увеличение количества повторов в мейозе женских половых клеток, для других - в мужских, для третьих - такой зависимости не выявлено. Таким образом, на первом этапе возникает аллель гена, содержащий увеличенное по сравнению с нормой количество тринуклеотидных повторов, но не достаточное для развития заболевания. Это состояние принято называть премутацией. Содержащий такую «премутацию» аллель становится нестабильным, что в ряде случаев приводит к возникновению полной мутации - увеличению количества повторов до критического уровня, необходимого для развития заболевания. Механизмы возникновения этого типа мутаций до конца не изучены. Предполагается, что они могут быть результатом нарушения функции ДНК-полимеразы во время репликации ДНК в митозе или мейозе.

Общие клинико-генетические характеристики болезни экспансии тринуклеотидных повторов следующие:

1) антиципация, т.е., утяжеление клинических проявлений заболевания из поколения в поколение в пределах одной родословной. Увеличение тяжести клинической картины проявляется как более ранним возрастом манифестации и быстрым прогрессированием заболевания, так и появлением более тяжелых симптомов у потомков пораженных. Феномен антиципации объясняется нарастанием количества тринуклеотидных повторов в цикле мейотических и митотических клеточных делений. Для одних заболеваний, например хореи Гентингтона, антиципация наблюдается при передаче заболевания от отца к детям (увеличение количества повторов в мужском мейозе), для других, например миотонической дистрофии, - при передаче гена через матерей (появление более протяженной экспансии в женском мейозе);

2) корреляция между тяжестью клинических проявлений и количеством тринуклеотидных повторов в различных семьях и у больных в одной и той же семье;

3) парадокс Шермана — возможность увеличения количества пораженных лиц в каждом последующем поколении в зависимости от того, кто из родителей передал мутацию потомкам. Возникновение этого феномена обусловлено наличием здоровых носителей «премутации», у которых экспансия тринуклеотидных повторов не достигла порога, необходимого для возникновения клинических симптомов. Этот парадокс был впервые выявлен при анализе родословных больных с синдромом Мартина-Белл, характеризующегося ломкостью Х-хромосомы, и он будет рассмотрен при описании этого заболевания.

Болезни экспансии тринуклеотидных повторов имеют не только общие черты, но и некоторые различия, обусловленные типом и локализацией тринуклеотидных повторов в структуре генов. На основании этиопатогенетических различий можно выделить две группы заболеваний.

Первую группу составляют болезни, при которых возникает экспансия CAG-пoвторов, кодирующих глутамин в транслируемой части гена, что приводит к включению в структуру экс пресс иру емого им белка полиглутаминового тракта. Экспансия тринуклеотидных повторов при этой группе заболеваний относительно невелика и их количество у больных колеблется в интервале от 40 до 80. При этом транскрипция и трансляция мутантных генов не нарушена, а патология возникает, по-видимому, в результате неправильного функционирования увеличенного в размере белка. Продукты экспрессии этих генов обнаруживаются в различных тканях и органах, что позволяет предполагать их значительную роль в ядерно-белковых и белок-белковых взаимодействиях. Все описанные в настоящее время заболевания этой группы представляют собой наследственные нейродегенерации, характеризующиеся поздним началом и неуклонным прогрессированием. К таким заболеваниям можно отнести хорею Гентингтона и различные варианты спино-церебеллярных атаксий.

Вторую группу составляют заболевания, при которых экспансия тринуклеотидных повторов возникает в нетранслируемои части гена. В этом случае для появления клинических симптомов необходима большая, чем в первой группе БЭТП, экспансия повторов (от нескольких сотен до нескольких тысяч), а характер клинических проявлений и темп прогрессирования болезни зависит от функции мутантного белка. Столь резкое увеличение количества тринуклеотидных повторов делает ген нестабильным, как в соматических, так и в половых клетках, что приводит к возникновению феномена антиципации в родословных больных. К заболеваниям этой группы можно отнести миотоническую дистрофию, синдром Мартина-Белл и атаксию Фридрейха.

2. Среди наследственных болезней, не наследующихся по классическим законам Менделя, в последние годы выделены болезни, связанные с вновь открытым генетическим явлением - геномным импринтингом.

Термин «импринтинг» впервые предложил американский генетик X. Кроуз (Колумбийский университет) в 1960 году для описания элиминации отцовских хромосом у насекомых. Геномный импринтинг рассматривается как эпигенетическое явление, подчеркивая тем самым тот факт, что наследуются изменения генной активности, обусловленные различным происхождением хромосом (от отца или матери), а не структурными перестройками генетического материала. Было установлено, что в отдельных участках хромосом, которые подвержены геномному импринтингу, экспрессируется только один отцовский или один материнский аллель в отличие от обычной диаллельной экспрессии генов.

Если геномному импринтингу подвержен материнский ген, то экспрессируется только отцовский аллель и наоборот. Геномный импринтинг проявляется на ранних этапах эмбрионального развития и приводит к различиям в экспрессии материнских или отцовских аллелей. Предполагают, что эффект геномного импринтинга может оказывать влияние на степень экспрессии генов, контролирующих рост эмбриона, процессы пролиферации и дифференцировки клеток и другие процессы внутриутробного развития плода. Изучение геномного импринтинга на животных показало, что отцовский генетический вклад важен для развития плаценты, а материнский - необходим для развития тела эмбриона.

Было также установлено, что наследование части хромосомы или целой хромосомы только от одного из родителей может приводить к аномальному фенотипу. Наличие в хромосомном наборе фрагментов или целой хромосомы одного (материнского или отцовского) происхождения обозначается как одноро-дительская (унипарентальная) дисомия. Известно два механизма ее развития: коррекция трисомии до дисомии, происходящая в 1-м мсйотическом делении, и коррекция моносомии до дисомии (изодисомия) - во 2-м мейотическом делении. Полученные к настоящему времени данные свидетельствуют о том, что феномену геномного импринтинга подвержены участки многих хромосом человека - 1,5,6,7,11,13,15,19,20, Х-хромосома.

Изучение феномена геномного импринтинга применительно к патологии человека привело к выделению патологических фенотипов - выделению специального класса болезней — «болезней геномного импринтинга». Общее их количество превышает 40 нозологических форм.

Изучение этой группы болезней показало, что тип их наследственной передачи может быть охарактеризован только после всестороннего молскулярно-генетического исследования участков импрентированных генов, поскольку оценка типа наследования только по классическим типам может привести к ошибочному заключению и неправильному медико-генетическому прогнозу.

Особенно активное изучение было предпринято в отношении синдромов Прадера-Вилли и Апгельмана. Было показано, что природа синдрома Прадера -Вилли связана: в 75 % случаев с делецией критического района хромосомы 15 отцовского происхождения, в 20 % - однородительской дисомией и примерно в 5 % - мутациями «импринтинга»; если же делеции подвергается тот же участок хромосомы 15 материнского происхождения, то в 75 % случаев развивается заболевание с другой, отличной от синдрома Прадера-Вилли, клинической картиной - развивается синдром Ангельмана, в 3-5 % случаев синдром Ангельмана обусловлен однородительской дисомией материнского происхождения и в 3-4 % - этот же синдром развивается вследствие мутаций «импринтинга». Установление этого феномена позволило значительно повысить эффективность медико-генетического консультирования и определения риска заболеваний в семье.

Так, при обнаружении делеции или однородительской дисомии риск будет низким (около 1 %), а при обнаружении мутаций импринтинга - значительным не только для родителей, но и ближайших родственников. Интенсивно проводятся исследования «контрастных болезней» -синдром Беквита-Видемана и синдрома Сильвера-Рассела, гены которых локализованы на хромосоме 11 и центра импринтинга этой хромосомы. Изучается связь геномного импринтинга с другими болезнями, в частности с мультифакториальными болезнями (бронхиальная астма, атонический дерматит, онкопатология, атопии и др.). Точные механизмы развития геномного импринтинга пока не установлены, но предполагается участие в этом процессе специфического метилирования цитозиновых оснований ДНК, образующихся антисмысловых транскриптов РНК, изменений нитронов и др. Исследования механизмов, лежащих в основе дифференциальной экспрессии материнских и отцовских геномов, продолжаются.

Вопрос 6. Хромосомные аберрации (хромосомные мутации, хромосомные перестройки) — тип мутаций, которые изменяют структуру хромосом. Классифицируют: делеции (утрата участка хромосомы), инверсии (изменение порядка генов участка хромосомы на обратный), дупликации (повторение участка хромосомы), транслокации (перенос участка хромосомы на другую), а также дицентрические и кольцевые хромосомы. Известны также изохромосомы, несущие два одинаковых плеча. Если перестройка изменяет структуру одной хромосомы, то такую перестройку называют внутрихромосомной (инверсии, делеции, дупликации, кольцевые хромосомы), если же двух разных, то межхромосомной (дупликации, транслокации, дицентрические хромосомы). Хромосомные перестройки подразделяют также на сбалансированные и несбалансированные. Сбалансированные перестройки (инверсии, реципрокные транслокации) не приводят к потере или добавлению генетического материала при формировании, поэтому их носители, как правило, фенотипически нормальны. Несбалансированные перестройки (делеции и дупликации) меняют дозовое соотношение генов, и, как правило, их носительство сопряжено с существенными отклонениями от нормы.

Хромосомные перестройки играют роль в эволюционном процессе и видообразовании^[1], в нарушении фертильности, в онкологических^[2] и врождённых наследственных заболеваниях человека.