6 курс / Кардиология / Джон_Кэмм_Болезни_сердца_и_сосудов_2011

Закон Харди-Вайнберга -закон популяционной генетики: в популяции бесконечно большого размера, в которой не действует отбор, не идет мутационный процесс, отсутствует обмен особями с другими популяциями, не происходит дрейф генов, все скрещивания случайны - частоты генотипов по какому-либо гену (в случае если в популяции есть два аллеля этого гена) будут поддерживаться постоянными из поколения в поколение.

Гетерозигота - присутствие двух аллелей, различных для данного гена.

Гомозигота - присутствие идентичных аллелей в одном или более локусах гомологичных сегментов хромосом.

Гены домашнего хозяйствования - гены, экспрессирующиеся во всех клетках и обеспечивающие функционирование, необходимое для существования всех типов клеток.

Неполная пенетрантность - ген присутствует, но экспрессируется не у всех носителей этого гена.

Интрон - участок ДНК (между экзонами), транскрибируется в ядерной РНК, но удаляется при последующем процессинге в матричной РНК.

Сцепление - большая ассоциация при наследовании двух или более не аллельных генов, чем ожидается от независимых генов; гены связаны, потому что они находятся на одной и той же хромосоме.

Локус - определенное место на хромосоме, где расположен ген.

Lod-показатель - логарифм величины отношения вероятностей (сцепления и несцепления генов). Количественный показатель сцепления генов, используемый в случаях отсутствия исчерпывающей информации по наследованию данных генов в больших родословных.

Мутагенез - процесс, при котором гены подвергаются структурному изменению.

Миссенс-мутация - мутация, приводящая к образованию миссенс-кодона, кодона с новым кодирующим смыслом - в результате в полипептид в соответствующем месте включается иная аминокислота, что часто приводит к нарушению функций данного полипептида.

Нонсенс-мутация - мутация, в которой кодон изменен на стоп-кодон, что приводит к усеченному белковому продукту.

Фенотип - наблюдаемые особенности организма, полученные в результате взаимодействия генотипа организма с окружающей средой.

Полиморфизм - присутствие в популяции вариантов последовательностей ДНК в популяции с частотой >1%, например варианты гена аполипопротеина E (ApoE) - ApoE3, E2, E4.

Редкий вариант - присутствие в популяции вариантов последовательностей ДНК в популяции с частотой ‹1%, например любая из мутаций, вызывающих семейную гиперхолестеринемию или гипертрофическую кардиомиопатию в европейских популяциях.

Рецессивный - ген, который проявляется фенотипически только в гомозиготном состоянии, но может быть замаскирован в присутствии доминирующего аллеля. Может быть детектирован в случае, когда у здоровых родителей рождается пораженный ребенок, например, в случае муковисцидоза.

Рекомбинация - естественный процесс расхождения и сборки ДНК-цепей для получения новых комбинаций генов и, таким образом, формирования генетических вариаций. Кроссинговер генов происходит во время мейоза.

Полиморфизм по одному нуклеотиду - отличия последовательности ДНК размером в один нуклеотид (A, T, G или C) в геноме (или в другой сравниваемой последовательности) представителей одного вида или между гомологичными участками гомологичных хромосом индивида.

Черта - любая обнаруживаемая фенотипическая собственность организма.

Транскрипция - синтез молекулы РНК на матрице молекулы ДНК с помощью фермента РНКполимеразы путем достраивания комплементарных пар оснований. Происходит в ядре эукариотических клеток.

Трансляция - формирование полипептидной цепи со специфической аминокислотной последовательностью на матрице матричной РНК. Происходит на рибосомах в цитоплазме эукариотической клетки.

Транслокация - изменение хромосомы, приводящее к смене расположения участков хромосомы внутри генома, но не меняющее общее количество присутствующих генов

Трансгенный организм - организм, геном которого включает чужеродный генетический материал, внесенный с использованием методов генной инженерии. Данные чужеродные гены будут экспрессироваться в потомстве.

В дополнение к знанию определения моногенных заболеваний важно понимать, что их клинические проявления могут варьировать от одного пациента к другому даже при одном и том же генетическом дефекте. Этот феномен обусловлен различной экспрессивностью заболеваний (степенью, в которой данное генетическое заболевание или состояние проявляется у индивидуума, определяемой различиями в силе и природе признаков среди индивидуумов с одной и той же генетической мутацией) и неполной их пенетрантностью (когда отношение числа имеющих клиническую картину заболевания к числу индивидуумов-носителей данного генетического дефекта, составляет менее единицы). Пенетрантность может также зависеть от времени: фенотип прогрессивно ухудшается с годами, поскольку накапливаются повреждения органов, вызванные генетическим дефектом. Так происходит, например, в случае гипертрофической, дилатационной и аритмогенной кардиомиопатии ПЖ, при которых пенетрантность заболевания может достигать 100%, если продолжительность жизни пациентов оказывается достаточной долгой.

Целью передовых научных исследований является идентификация генетических детерминант описанных различий в экспрессивности и пенетрантности. Работа исследователей специфично нацелена на выявление ассоциации между общими генетическими вариантами (полиморфизма по одному нуклеотиду) и клиническими проявлениями заболевания. В самом деле, очевидно, что помимо первичных (патогенетических) мутаций, которые необходимы и достаточны, чтобы вызвать заболевание, полиморфизм по одному нуклеотиду (который сам по себе не является ни достаточным, ни необходимым для развития заболевания) играет значимую роль путем модулирования клинической картины моногенных заболеваний. Роль полиморфизма по одному нуклеотиду кратко обрисована в данной главе на примере гипертрофической кардиомиопатии или наследственных нарушений ритма, по которым собран большой объем подобных данных.

Следует отметить, что, несмотря на гетерогенность причин и клинических проявлений наследственных заболеваний, генетическое тестирование имеет непосредственное значение для клинической практики: оно дает возможность постановки точного диагноза, в том числе у асимптомных носителей (т.е. досимптомной диагностики). Более того, при некоторых заболеваниях идентификация мутаций имеет основное значение для стратифи-ка-ции риска и терапии пациентов. К сожалению, в некоторых случаях генетическая гетерогенность настолько велика, что наладить адекватную стратегию генетического тестирования с учетом доступных на сегодняшний день технологий практически невозможно. В табл. 9.1 приведена клиническая значимость генетического тестирования при различных моногенных заболеваниях.

Таблица 9.1. Клиническая значимость генетического тестирования при моногенных заболеваниях сердца

Примечание. Представлены только те случаи, для которых доступны эпидемиологические данные.

МОНОГЕННЫЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ С ПОРАЖЕНИЕМ МИОКАРДА

ГИПЕРТРОФИЧЕСКАЯ КАРДИОМИОПАТИЯ

ВЕДЕНИЕ И КЛИНИЧЕСКАЯ КАРТИНА

Диагноз ГКМП (см. главу 8) ставится, если гипертрофия миокарда (часто асимметричная) наблюдается при отсутствии сердечных или системных заболеваний (например, артериальная гипертензия или аортальный стеноз), способных потенциально вызвать гипертрофию в наблюдаемой степени. Гистологически диагноз характеризуется феноменом дискомплексации мышечных волокон и гипертрофией, интерстициальным фиброзом и утолщением медии интрамуральных венечных артерий. Тяжесть фенотипических проявлений значительно варьирует и гипертрофированный участок чаще всего захватывает область перегородки. У большинства пациентов наблюдается значительная регионарная вариабельность степени гипертрофии.

Клинические проявления и течение заболевания характеризуются неполной и зависимой от длительности заболевания пенетрантностью. Тем не менее в некоторых случаях внезапная смерть может быть первым проявлением болезни. Поэтому стратификация риска является ключевой для правильного клинического ведения таких больных.

β-Адреноблокаторы, амиодарон и антагонисты кальция могут считаться наиболее эффективными в медикаментозной терапии, хотя эти данные основаны только на наблюдениях и данные контролируемых клинических исследований на эту тему недоступны. Помимо вторичной профилактики, у пациентов с одним или более факторами риска может рассматриваться вопрос о постановке имплантируемых ИКД

Рекомендации по диагностике и лечению ГКМП освещены в едином документе Американской коллегии кар-диологов и Европейского общества кардиологов и доступны в сети Интернет (см. online источники информации).

ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

Со времени идентификации первого хромосомного локуса, связанного с семейной формой ГКМП (1989), и первой мутации с вовлечением гена тяжелых цепей β-миозина (MYH7) (1990), понимание генетических причин ГКМП значительно возросло. Большинство случаев ГКМП наследуется по аутосомно-доминантному типу, хотя некоторые редкие формы наследуются по аутосомнорецессивному, Х-связанному или митохондриальному типам. К настоящему времени идентифицирован, по крайней мере, 21 ген, кодирующий различные саркомерные, кальцийтранспортные и митохондриальные белки (табл. 9.2). Мутации некоторых генов, связанных с ГКМП, также вызывают более мягкие формы гипертрофии в пожилом возрасте, которые обычно расцениваются как приобретенные. Частота ГКМП определяется как 1:500, делая эту патологию одной из наиболее частых генетических заболеваний.

Таблица 9.2. Стратификация риска при гипертрофической кардиомиопатии

Изменено (с разрешения): Maron B.J., McKenna W.J., Danielson G.K. et al. American College of Cardiology/European Society of Cardiology Clinical Expert Consensus Document on Hypertrophic Cardiomyopathy: A report of the American College of Cardiology Foundation Task Force on Clinical Expert Consensus Documents and the European Society of Cardiology Committee for Practice Guidelines // Eur Heart J. - 2003. - N. 24. - P. 1965-991.

Нарушенная функция сердечных белков саркомера наиболее часто является причиной развития ГКМП (рис. 9.1). В таких случаях гипертрофия миокарда является единственным фенотипом ("чистая ГКМП"). Несаркомерные белки также могут быть связаны с ГКМП (достаточно редко). Такие случаи обычно имеют дополнительные проявления заболеваний, такие как аномалии проводящих путей (WPW-синдром), сенсоневральная тугоухость, неврологическая и нейрогенно мышечная атрофия, гипотония мышц туловища и энцефалопатия.

Рис. 9.1. Схематическое изображение саркомера в сердечной мышце. Обведенная область демонстрирует место миозин-актинового взаимодействия. Большинство ключевых белков, вовлеченных в патогенез гипертрофической кардиомиопатии, принимают участие в создании этого макромолекулярного комплекса. См. табл. 9.3 с обозначениями символов гена.

ПАТОФИЗИОЛОГИЯ

Основная схема патофизиологических изменений при ГКМП обусловлена тем, что данное заболевание является патологией сократительной функции кардиомиоцита. В связи с этим гипертрофия представляет адаптационный процесс в ответ на невозможность генерировать достаточную силу сокращения для поддержания сократительной способности. Результатом таких адаптивных изменений выступают пролиферация фибробластов (фиброз) и тканевая дискомплексация.

Функциональные исследования с экспрессией мутантных саркомерных белков выявили множество аномалий, включая дефекты формирования миофибрил, нарушение чувствительности к АТФ и Са2+, и нарушение актин-миозинового взаимодействия.

Исследования in vitro показали, что мутантные белки саркомера обычно встраиваются в миофибриллы, но это может сопровождаться нарушением их сборки (сниженная эффективность инкорпорации и усиление разрывов и катаболизма). До настоящего времени неизвестно, является

ли наблюдаемый на морфологическом уровне феномен дискомплексации волокон прямым следствием нарушенного встраивания и/или нарушенной сборки.

Глобулярный домен (головка) тяжелых цепей β-миозина является центром связывания актина и местом утилизации (гидролиза) АТФ. Мутации MYH7 могут нарушать актин-зависимую активность АТФазы путем нарушения актин-миозинового взаимодействия. Некоторые исследования также показали, что по крайней мере некоторые ГКМП-ассоциированные мутации увеличивают чувствительность сократительного аппарата к ионам кальция. В дополнение функциональные исследования мышечной биопсии у людей, а также исследования экспериментальных мышиных моделей ГКМП продемонстрировали снижение скорости укорочения и силы сокращения миофибрил, а также увеличение мобилизации Са2+. Этот феномен может являться начальным сигналом к развитию компенсаторной гипертрофии миокарда.

СВЯЗЬ ГЕНОТИП-ФЕНОТИП

ГКМП характеризуется широким спектром клинических фенотипов. Поэтому перспектива получения прогностической информации из знания специфического генетического дефекта является крайне заманчивой. Считается, что мутации MYH7 часто ассоциированы с худшим прогнозом и большей степенью гипертрофии, тогда как мутации TNNT2 проявляются мягкой степенью гипертрофии, но увеличенным риском внезапной смерти. Некоторые авторы предполагают наличие как злокачественных, так и более мягких мутаций гена MYH7. Другим интересным наблюдением выступает возможная связь между морфологией перегородки и лежащим в основе генетическим субстратом: обратная кривизна перегородки преимущественно связана с мутациями генов миофиламентов, в то время как сигмовидная форма более часто обнаруживается при мутациях генов Z-дисков. Более того, обратная кривизна перегородки ассоциирована с большей вероятностью успешного обнаружения генетического дефекта при скрининге саркомерных гененов (миозин, тропонин, миозин-связывающий белок С).

Тот факт, что большинство больных ГКМП являются носителями уникальных семейных мутаций, подвергает сомнению идею о стратификации риска, основанной на характере мутаций. Это обусловлено тем, что такие генотипическо-фенотипические корреляции могут быть использованы только у небольшого количества пациентов. Более того, спектр клинических проявлений настолько широк, что единственного генетического фактора, вероятно, недостаточно для полного объяснения клинических проявлений, и модифицирующие факторы (как генетические, так и окружающей среды) играют значительную роль.

КЛИНИЧЕСКИЙ ПОДХОД К ГЕНЕТИЧЕСКОМУ ТЕСТИРОВАНИЮ

Молекулярная эпидемиология ГКМП изучена путем скрининга открытой рамки считывания 9 генов,

связанных с ГКМП, у 197 пробандов (MYH7, MYBPC3, TNNI3, TNNT2, MYL2, MYL3, TMP1, ACTC,

TNNC1). Приблизительно 63% этих пациентов были успешно генотипированы. Интересно отметить, что мутации двух генов (MYH7, MYBPC3) составляют 82% общего числа известных генотипов, в то время как мутации тропонинов Т и I обнаруживались у 6,5% пробандов. Таким образом, более 90% пациентов с ГКМП и идентифицированными мутациями могут быть определены путем анализа всего 4 из 21 известных генов. Так же как и в случае синдрома удлиненного интервала Q-T, приблизительно 5% пациентов имеют более одного генетического дефекта (одного и того же или двух разных генов). Таким образом, у всех пациентов необходимо проводить полное генетическое тестирование по всем генам, даже если один генетический дефект уже был обнаружен.

ГЕНЫ-МОДИФИКАТОРЫ

Интересной возможностью для улучшения стратифи-кации риска, основанной на генотипе, выступает идентификация генов-модификаторов. Они представлены частыми генетическими вариантами в популяции, не являющимися ни необходимыми, ни достаточными для возникновения заболевания. Однако они могут усиливать или ослаблять основной фенотип. Так, есть данные о существовании и клинической значимости генов-модификаторов при ГКМП [6, 10, 11] (табл. 9.3). По мнению других авторов, модификаторы могут располагаться либо в известных генах, ассоциированных с ГКМП, либо в других генах: таких как гены РААС. Недавно на примере большой семьи с ГКМП были идентифицированы 4 новых модифицирующих хромосомных локуса 3q26.2, 10p13, 17q24 и 16q12.2 (73cM). Сила эффекта локуса-модификатора варьировала от сдвига на 8 г в массе миокарда ЛЖ для гетерозиготности по локусу 10p13 приблизительно до 90 г для гомозиготности по локусу 3q26.2 для редкого аллеля (табл. 9.3). Несмотря на раннюю стадию этих исследований, становится очевидно, что на клиническую картину ГКМП могут оказывать влияние дополнительные генетические факторы. В будущем этот подход может позволить

индивидуализировать расчет степени риска путем выявления роли ряда генетических детерминант.

Таблица 9.3. Генетические детерминанты гипертрофической кардиомиопатии

Примечания. * - ассоциирован и с гипертрофической и с дилатационной кардимиопатиями; ** - болезнь Данона; # - GSDIIb, болезнь накопления гликогена, стадия IIb.

ДИЛАТАЦИОННАЯ КАРДИОМИОПАТИЯ

ДКМП (см. главу 18) - заболевание миокарда, характеризующееся дилатацией и нарушением сократительной функции сердца. Этиология ДКМП является многофакторной, и к проявлению этого фенотипа могут приводить различные клинические состояния. Дилатация желудочков может происходить вследствие различных причин: от вирусного миокардита или ИБС до системного заболевания (см. главу 18). Наиболее частыми формами ДКМП являются вторичные, развивающиеся вследствие ИБС и клапанных заболеваний миокарда. В некоторых случаях этиологический фактор определить невозможно, и заболевание определяется как "идиопатическое". Идиопатическая ДКМП может возникать в виде спорадических и семейных форм. ДКМП часто возникает в ассоциации с кардиальными (задержка проведения, брадикардия, АВ- и внутрижелудочковые блокады) и экстракардиальными (скелетно-мышечные дистрофии, миопатии, глухота, задержка умственного развития, патология эндокринной системы, гранулоцитопения) фенотипами [13].

КЛИНИЧЕСКАЯ КАРТИНА

Клинические проявления, стратификация риска и ведение ДКМП рассматриваются в главе 23.

ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПАТОФИЗИОЛОГИЯ

За последние 10 лет список генов, связанных с ДКМП, значительно вырос (см. табл. 9.4), и на сегодняшний момент стало ясно, что генетическая гетерогенность данного заболевания является крайне выраженной. Более того, возросло понимание множественности патогенетических механизмов заболевания. В общих чертах генетически обусловленные варианты ДКМП связаны с нарушением функции белков, контролирующих механическую устойчивость клеток миокарда или плотность межклеточных контактов. Таким образом, этот механизм является достаточно очевидным в случае структурных (цитоскелетных белков и белков плотных щелевых контактов) или сократительных белков. С другой стороны, патогенез некоторых редких генетических вариантов ДКМП остается менее очевидным. Наиболее частым типом наследования является аутосомно-доминантный, но встречаются и аутосомно-рецессивный, митохондриальный (наследование по материнской линии) и Х-связанный типы.

Таблица 9.4. Гены-модификаторы при гипертрофической кардимиопатии

За некоторым исключением, в патогенезе ДКМП участвуют следующие молекулы:

•белки ядерной оболочки и ядерной ламины;

•саркомерные белки;

•цитоскелетные белки;

•белки плотных щелевых контактов;

•митохондриальная ДНК;

•ионные каналы.

•Белки ядерной оболочки

С ДКМП ассоциированы пять белков ядерной мембраны: ламин А/С (вызывающие наиболее частый аутосомно-доминантный вариант), эмерин, тимопоэтин, и пресенилин 1 и 2 (см. рис. 9.2).

Рис. 9.2. Структурные белки, ассоциированные с наследственной дилатационныой кардимиопатией. Идентифицированы четыре группы белков: цитоскелетные белки, комплекс белков саркогликанов, белки ядерной оболочки, белки десмосомы. См. детали в тексте.

Наиболее частой формой ДКМП, связанной с мутациями генов белков ядерной мембраны, является заболевание, вызванное мутаций ламина А/С - гена, также связанного с аутосомнодоминантным вариантом мышечной дистрофии Эмери-Дрейфуса. Этот ген кодирует два белка ядерной мембраны - ламин А и С. С помощью основного домена ламины формируют димер и взаимодействуют с хроматином и другими ключевыми белками внутренней ядерной мембраны.

Более 60 мутаций гена ламина А/С вызывают не только ДКМП и мышечную дистрофию ЭмериДрейфуса, но, по последним данным, и другие аллельные фенотипы: частичную липодистрофию, болезнь Шарко-Мари-Тута, конечностно-поясничная мышечную дистрофию, мандибулосакральную дисплазию, увеличенный плазменный уровень лептина. Ассоциация ДКМП с нарушением проводимости является типичной чертой мутаций ламина А/С и показанием к генетическому тестированию всех больных с данным фенотипом.

Дилатация и нарушения проводимости являются типичными чертами мышечной дистрофии Эмери-Дрей-фуса, которая может дебютировать со скелетно-мышеч-ных симптомов или без таковых. Типичные нарушения проводимости у данных пациентов могут объясняться специфической локализацией эмерина в десмосомах и плотных контактах кардиомиоцитов. Поскольку эмерин является повсеместно распространенным белком, сложно объяснить появление нарушений только в скелетных мышцах и миокарде.

Патогенез других форм ДКМП, связанных с остальными белками ядра, остается неясным. Интересно отметить, что пресенилины 1 и 2 на высоком уровне экспрессируются в ЦНС и преимущественно связаны с болезнью Альцгеймера, которая в некоторых случаях, до сих пор по неизвестным причинам, ассоциируется с дилатационным фенотипом.

Саркомерные белки

Мутации саркомерных белков часто ассоциированы с ДКМП, что позволяет предположить общность патогенетических механизмов, лежащих в основе ДКМП и ГКМП.

Первым идентифицированным в этой группе выступает сердечный актин. Связывая саркомер с цитоскелетным аппаратом, актин вовлечен как в генерацию, так и в передачу силы сокращения. Вследствие этого он стал геном-кандидатом для обоих заболеваний. Его мутации были идентифицированы Ольсоном (Olson) с соавторами и подтверждены другими авторами, несмотря на низкую частоту мутаций актина при ДКМП. Другими частыми ГКМП-генами, ассоциированными с ДКМП, являются MYH7 (сердечный ген тяжелых цепей миозина), TNNT2 (тропонин Т), TNNСI (тропонин С), TMP1 (тропомиозин 1), ACTN2 (α-актинин) и TNNI3 (тропонин I; см. рис. 9.1 и 9.2).

До сих пор остается неясным, по какой причине различные мутации в одном и том же гене могут приводить к двум различным фенотипам (ДКМП и ГКМП). Интересно, что в моделях нокаутных мышей с ДКМП-мутациями гена тяжелых цепей миозина отмечается снижение силы сокращения, в то время как ГКМП-ассоциированые мутации часто вызывают усиление силы сокращения. В клинике не так редко можно наблюдать больных с ГКМП, которые прогрессируют с исходом в ДКМП. Таким образом, некоторые случаи ДКМП могут представлять собой финальную стадию ГКМП. В результате можно предположить вероятность развития различных клинических проявлений, ассоциированных с мутациями саркомерных белков по типу "утраты функции" и "приобретения функции".

Еще одним саркомерным белком, вызывающим ДКМП, но не связанным с ГКМП, является телетонин (ген ТСАР), который, по-видимому, представляет собой очень редкую причину дилатации и СН. Телетонин является саркомерным белком, который локализуется в области Z- дисков в скелетных и сердечных мышечных клетках, где он выполняет роль молекулярной линейки для сбора саркомера, предоставляя пространственно-ориентированные сайты связывания для других саркомерных белков [19].

Белки цитоскелета

Известно несколько генов, кодирующих белки цитоскелета, мутации которых могут приводить к развитию ДКМП (см. рис. 9.2, табл. 9.4). Наиболее часто вовлеченными в развитие ДКМП являются десмин и дистрофин. Белок десмин окружает Z-диски и соединяет между собой миофибриллы. Также он образует связь между актином и дистрофин-саркогликановым комплексом [20]. Таким образом, десмин служит для фиксации и стабилизации саркомера. Дистрофин является большим цитоскелетным белком, частью дистрофин-ассоциированного гликопротеинового комплекса. Он включает в себя дистрогликан, саркогликан, синтрофиновый комплекс и кавеолин. Этот комплекс обеспечивает трансмембраную связь между внеклеточным матриксом и внутриклеточным цитоскелетом [21].

Цитоскелетные белки формируют некоторое подобие сетчатой основы, которая:

•обеспечивает эффект клеточного "скелета";

•участвует в передаче силы сокращения;

•определяет внутриклеточную локализацию белков.