5 курс / Психиатрия и наркология для детей и взрослых (доп.) / Психиатрия_Национальное_руководство_Александровский

нейроморфологии тревожных и депрессивных расстройств при височной эпилепсии // Обозр. психиатрии и мед. психол. 2012. № 2. С. 11-17.

9.Медведев А.В., Вавилов С.Б. Диагностика деменций позднего возраста с использованием метода КТ // Журн. невропатол. и психиатр. 1989. Т. 89. С. 85-91.

10.Медведев А.В., Вавилов С.Б. Дементирующие процессы позднего возраста и изменения подкоркового белого вещества (лейкоареозис) // Журн. невропатол. и психиатр. 1990. Т. 90, вып. 3. С. 117-123.

11.Медведев А.В., Сукиасян С.Г. КТ в психиатрии // Журн. невропатол. и психиатр. 1986. Т. 86, вып. 1. С. 132-135.

12.Психиатрия : национальное руководство / под ред. Т.Б. Дмитриевой. М. :

Нормальная лучевая анатомия головного мозга (КТ, МРТ, УЗИ). СПб., 2001. С. 34.

10.6. Современные подходы к генетическому анализу психических заболеваний

В.П. Чехонин, Д.А. Чистяков, К.А. Павлов

Психические заболевания имеют сложную этиологию, которая определяется взаимодействием многих факторов, включая генетические и факторы внешней среды. Как правило, клиническая манифестация психических заболеваний опосредуется целым спектром эндофенотипов, т.е. промежуточных фенотипов, которые выступают в качестве связующего звена между генетическими факторами (т.е. вариантами генов предрасположенности или устойчивости к заболеванию) и фенотипическим (клиническим) выражением заболевания

(Gottesman I.I., Gould T.D., 2003). Эндофенотипы являются признаками, которые можно количественно измерить и, следовательно, использовать для количественной оценки фенотипического выражения (манифестации) заболевания. Соответственно, такие понятия как "биологический маркер" или "маркер предрасположенности" близки по смыслу к понятию "эндофенотипа", хотя и не тождественны ему.

Согласно концепции, предложенной I.I. Gottesman и T.D. Gould (2003), выделяют пять основных признаков эндофенотипа:

481

1)наличие связи между эндофенотипом и заболеванием в данной популяции;

2)наследование эндофенотипа;

3)наличие внутрисемейной косегрегации (т.е. совместного накопления внутри семей больных и их родственников) эндофенотипа и заболевания;

4)независимость эндофенотипа от состояния (т.е. эндофенотип присутствует независимо от того, находится ли индивид в активной или доклинической фазе заболевания);

5)наличие внутрисемейной сегрегации эндофенотипа, характеризующейся большей частотой встречаемости какого-либо эндофенотипа, обнаруженного у больного члена семьи, среди здоровых членов семьи по сравнению с общей популяцией.

Только наличие всех пяти вышеупомянутых свойств у какого-либо количественного признака, связанного с психическим заболеванием, может служить доказательством того, что данный признак является полноценным эндофенотипом данной патологии (Chamberlain S.R., Menzies L., 2009).

По своей природе эндофенотипы разнообразны. Эндофенотипы могут быть нейрохимическими, биохимическими, электрофизиологическими, когнитивными,

нейроанатомическими и т.д. Примером нейрохимического эндофенотипа может являться активность серотонинергической системы, которая нарушена (либо существенно снижена, либо значительно повышена) при широком круге психических заболеваний, включая шизофрению, большое депрессивное расстройство, обсессивно-компульсивное расстройство, БАР, СДВГ, пограничное РЛ и другие (Chamberlain S.R., Sahakian B.J., 2007; Fineberg N.A. и соавт.,

2007; Chistiakov D.A. и соавт., 2012). Функционирование серотонинергической системы в существенной мере определяется комплексным взаимодействием между различными генетическими вариантами, которые вовлечены в синтез, распад и нейротрансмиссию серотонина (Pavlov K.A. и соавт., 2012). Примером электрофизиологического эндофенотипа может служить сенсомоторный дефицит,

наблюдаемый у больных шизофренией, характеризующийся специфическими особенностями энцефалограммы. Генетические факторы вносят весомый вклад в формирование данного эндофенотипа, который определяется серьезными нарушениями глутаматергической системы и ингибированием нейротрансмиттерной функции ГАМК (Owens E.M и соавт., 2016).

Таким образом, эндофенотипы, как правило, являются олигогенными или полигенными признаками, которые определяются взаимодействием между

482

Рекомендовано к изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/

несколькими или множественными генетическими полиморфизмами, каждый из которых вносит либо первичный (основной), либо вторичный вклад в формирование данного эндофенотипа. Следовательно, для определения роли генетического компонента в каком-либо эндофенотипе необходим анализ многих генетических маркеров, которые функционально и в первую очередь связаны с его формированием.

10.6.1. Генетические маркеры Генетическими маркерами (или ДНК-маркерами) являются полиморфные участки в

нуклеотидной последовательности, определяемые вариативностью нуклеотидов.

Наиболее частый тип полиморфных генетических маркеров - это мононуклеотидные замены (single nucleotide polymorphism, SNP). К настоящему времени в базе данных SNP(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/Taxonomy/Browser/wwwtax.cgi?mode=Info

&id=9606) насчитывается свыше 154 млн референсныхSNP, наличие которых доказано в двух и более независимых исследованиях.

Кроме SNP, существует много других, более редко встречающихся в индивидуальных геномах типов полиморфных участков, включая тандемные повторы [т.е. тандемно повторяющиеся участки дезоксирибонуклеиновой кислоты

(ДНК) различной длины], вставки/делеции (наличие либо отсутствие фрагмента ДНК определенной длины), вариацию числа копий [copy number variation(CNV)];

наблюдаются различия индивидуальных геномов по числу копий хромосомных сегментов размером от 1 тыс. до нескольких миллионов пар оснований) и т.д.

(Wolff R. и соавт., 1991; Biscotti M.A. и соавт., 2015). Основным механизмом образования данных полиморфных участков является генетическая рекомбинация,

приводящая к хромосомным перестройкам, дупликациям или делециям

(Takahata N., 1998).

Среди многочисленных полиморфных участков ДНК наиболее важны те, которые функционально значимы. Данные полиморфные варианты могут не только напрямую влиять на структурные и функциональные свойства белкового продукта гена, но также определять уровень экспрессии гена, стабильность РНК-

транскрипта[4] и прочие количественные характеристики, связанные с фенотипом.

Как правило, такие функционально важные вариабельные участки расположены в кодирующих и регуляторных областях генов. Полиморфные участки, влияющие на функцию трансрегуляторных факторов, таких как активаторы/репрессоры транскрипции или эпигенетические модуляторы, так же важны, поскольку они

483

вовлечены в регуляцию экспрессии генов (Borel C., Antonarakis S.E., 2008).

Следовательно, функциональные полиморфные участки, имеющие фенотипическое выражение и значимо связанные с клиническим проявлением заболевания, могут служить в качестве ценных генетических маркеров данной патологии (Shastry B.S., 2009).

В целом, генетический компонент вносит существенный вклад в патогенез психических заболеваний. Например, согласно данным эпидемиологических исследований, наследуемость шизофрении при использовании различных генетических моделей наследования превышает 60% (McGue M. и соавт., 1983;

Coryell W., Zimmerman M., 1988). Наследуемость большого депрессивного расстройства достигает 36-39% (Kendler K.S. и соавт., 1994; Lyons M.J. и соавт., 1998). Соответственно, конкордантность наследуемости психических заболеваний выше у однояйцевых близнецов, чем у разнояйцевых, что также свидетельствует о семейной сегрегации и важной роли генетических факторов в развитии психических расстройств. В случае наличия шизофрении у одного из однояйцевых близнецов вероятность заболевания второго составляет 48%, в то время как у разнояйцевых близнецов конкордантность не превышает 28% (Cardno A.G., Gottesman I.I., 2000).

Степень наследуемости какого-либо эндофенотипа выше, чем собственно самого заболевания, в связи с более высоким вкладом генетического компонента и более тесной связью между эндофенотипом и генотипом из-за отсутствия/минимизации маскирующего влияния негенетических факторов (Holzman P.S., 1992). Тем не менее клиническая манифестация заболевания представляет собой совокупность различных эндофенотипов. Таким образом, отдельно взятый эндофенотип не может характеризовать фенотипическое выражение заболевания целиком, но более удобен для оценки роли генетических факторов и генетических маркеров в патогенезе заболевания.

10.6.2. Молекулярно-биологические методы диагностики генетических маркеров Методы молекулярной диагностики, основанной на использовании полимеразной цепной реакции (ПЦР) и гибридизации олигонуклеотидных зондов, специфических к определенным аллелям полиморфного участка, давно уже стали рутинной практикой. Существуют различные комбинации экспериментальных диагностических подходов, подразумевающих совместное использование ПЦР и гибридизации (отжига) меченых нуклеотидных праймеров для последующей детекции и качественного либо количественного определения ПЦР-продукта.

484

Рекомендовано к изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/

флуоресцентно меченных аллельспецифических зондов (Shi M.M. и соавт.,

1999; Navarro E. и соавт., 2015). Диагностические методики, основанные на ПЦР,

удобны для анализа ДНК небольших выборок, не превышающих несколько сотен человек, а также ограниченного числа генетических маркеров. Однако данные подходы имеют существенное ограничение для анализа больших популяционных выборок (несколько тысяч человек) и исследований на уровне генома ввиду высокой себестоимости генетического анализа. Разработка роботизированных платформ для автоматизированной очистки ДНК/РНК и приготовления реакционных образцов позволила увеличить пропускную способность данных методов диагностики, но не снизила себестоимость анализа (Ravine D., 1999).

Для быстрого анализа большого числа проб и маркеров/генов были разработаны

специальные панели (биочипы, или SNP arrays), включающие расположенные в

строгом и определенном порядке аллельспецифичные меченые олигонуклеотидные зонды, которые иммобилизованы на компактных матрицах (подложках).

Индивидуальная ДНК наносится на такой биочип, после чего происходит ее гибридизация с определенными иммобилизованными зондами, что генерирует сигнал о наличии определенных генотипов. Тысячи и тысячи таких гибридизационных сигналов затем улавливаются специальными детекторными системами, ассоциированными с компьютером для последующей обработки и интерпретации полученных данных. Таким образом можно получить большие массивы данных о генотипе тысяч и тысяч полиморфных маркеров,

расположенных по всему геному человека (Patel A., Cheung S.W., 2016).

Было разработано несколько поколений SNP-панелей, каждая из которых

содержала все большее и большее число иммобилизованных зондов, включая и

900 тыс. SNP и 900 тыс. CNV. Данная диагностическая платформа включает зонды

для идентификации микроделеций и микровставок, ассоциированных с

(Affimetrix), разработаны для транскриптомного анализа уровней экспрессии тысяч

485

генов, включая альтернативные РНК-транскрипты (изоформы) одного и того же гена и некодирующую РНК. Такая панель содержит зонды для анализа экспрессии

245 тыс. кодирующих и 40 тыс. некодирующих РНК-транскриптов. Подобные

диагностические панели удобны для анализа глобальной экспрессии генов,

специфической для определенных тканей, типов клеток, клеточных линий, а также для анализа количественных изменений глобальных уровней экспрессии при различных патологиях, в ответ на лекарственную терапию и для других целей

(Zhou W. и соавт., 2009; Hafner M. и соавт., 2011; Montjean D. и соавт., 2012).

10.6.3. Полногеномный поиск асссоциаций

заболеваний основывались на анализе сцепленного наследования в семьях, а также на малых выборках в общей популяции с использованием подхода выявления генов-кандидатов (т.е. генов, продукты которых функционально могут быть связаны с заболеванием). Это позволило выявить полиморфные варианты, которые широко представлены у больных и обладают существенным вкладом в патогенез заболевания. Например, в результате 20-летних интенсивных исследований в генетике психических заболеваний с использованием методов сцепленного наследования к 2005 г. было обнаружено лишь 10 локусов предрасположенности,

сцепленных с шизофренией, и 2 локуса, расположенных на хромосомах 13q и 22q и

сцепленных с БАР. В результате метаанализа генетических ассоциаций на объединенных популяционных выборках была показана ассоциация полиморфного

маркера Ser311Cys дофаминового рецептора D2 (DRD2) и маркера Т102С гена

серотонинового рецептора 2А (HTR2A) с шизофренией, а также определенных

(DRD4) с cиндромом дефицита внимания и гиперактивности. Для функционально важного VNTR, расположенного в промоторном участке гена серотонинового транспортера (полиморфный участок 5-HTTLPR), была показана ассоциация с суицидальным поведением, невротизмом и БАР (Levinson D.F., 2005). Результаты данных исследований свидетельствуют о важной роли нарушений нейротрансмиттерной функции серотонинергической и дофаминергической систем в патогенезе психических болезней.

Таким образом, с использованием традиционных методов генетического анализа,

который хорошо зарекомендовал себя при обнаружении этиологических

486

Рекомендовано к изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/

генетических вариантов наследственных (генетических) заболеваний, был достигнут малый прогресс в идентификации генов, вовлеченных в развитие психических заболеваний, которые имеют сложную картину патогенеза,

обусловленного взаимодействием между многочисленными предрасполагающими генетическими вариантами и внешними факторами. Главный недостаток традиционных методов генетического анализа, применяемых на малых выборках, -

это неспособность достоверно показать наличие редких генетических вариантов,

которые могут существенно повышать риск развития болезней со сложной этиологией в определенных группах больных, равно как и высокая вероятность получения ложноположительных результатов ассоциации (статистическая ошибка первого рода) ввиду внутренней гетерогенности анализируемых групп больных,

недостаточного размера выборок и т.д. (Blair I.P. и соавт., 2005).

Внедрение в рутинную практику генетических исследований первых SNP-панелей в 2005 г. позволило проводить широкомасштабные GWAS на больших выборках как здоровых, так и больных индивидов и совершило настоящую революцию в генетике комплексных заболеваний, включая и психические патологии. Был

организован международный Psychiatric GWASConsortium для координации

проведения полногеномных исследований генетических ассоциаций избранных нейрологических заболеваний, включая пять наиболее социально значимых психических расстройств - шизофрению, большое депрессивное расстройство,

аутизм, БАР и cиндром дефицита внимания и гиперактивности (Sullivan P.F., 2010).

Целями данного научного консорциума также являются формирование больших групп больных согласно стандартизованным критериям отбора и диагноза заболеваний, обмен научной информацией и массивами данных, взаимопомощь,

метаанализ результатов генотипирования объединенных выборок и интерпретация полученных результатов с целью обнаружения общих генетических маркеров различных психических заболеваний и объяснения найденных ассоциаций между генотипом и фенотипом (Psychiatric GWAS Consortium Steering Committee, 2009).

B результате 10-летней плодотворной работы данного консорциума были

достигнуты существенные результаты, которые в значительной мере позволили понять сложную картину генетической предрасположенности к избранным психическим заболеваниям, взаимодействия между генами и негенетическими факторами, а также выделить общие и специфические молекулярные механизмы патогенеза психиатрических болезней. Например, было найдено много общих

генов между шизофренией и БАР,

487

включая ANK3, CACNA1C, MHC, TCF4, NRGN, DGKH, PBRM1, NCAN и ZNF804A,

причем данные генетические варианты ассоциированы с различными общими фенотипическими (морфологическими и функциональными) характеристиками заболеваний, полученными в результате нейровизуализации. К таковым относятся

решений, и с прочими количественными фенотипическими признаками, которые нарушаются при данных заболеваниях (GurungR., Prata D.P., 2015).

Как видно, ген ZNF804A, кодирующий транскрипционный фактор, функция

которого в мозге к настоящему моменту плохо изучена, вовлечен в регуляцию множества общих нейровизуальных фенотипических признаков шизофрении и БАР

(Hess J.L.,Glatt S.J., 2014). В результате молекулярных исследований было

обнаружено, что в отделах головного мозга, функция которых нарушена при обоих заболеваниях, происходит предпочтительная экспрессия предрасполагающих

аллелей ZNF804A (Guella I. и соавт., 2014), которые обладают более низким сродством к еще неидентифицированным ядерным белкам в нервных клетках

(HillM.J., Bray N.J., 2011). Ген CACNA1C кодирует потенциалзависимый

мембранный переносчик ионов кальция Сav1.2. Отмечено, что дисфункция данного переносчика приводит к нарушению внутримозговых контактов, вовлеченных в эмоциональный контроль, у больных шизофренией и БАР (Bigos K.L. и соавт.,

2010; Radua J. и соавт., 2013).

Более того, гены кальциевых переносчиков CACNA1C и CACNB2, как оказывается,

вовлечены в развитие сразу нескольких психических заболеваний, что свидетельствует о важной роли кальцийзависимых сигнальных механизмов в высшей нервной деятельности (Cross-Disorder Group of the Psychiatric Genomics Consortium, 2013). При этом генетическая и функциональная связь между данными локусами и конкретным заболеванием модулируется функционально важными гаплотипами, которые образованы различными аллельными комбинациями SNP,

ассоциированными с заболеванием (Levine J., 2013).

О значительной роли редких полиморфных вариантов, обнаруженных с помощью GWAS, в патогенезе психиатрических заболеваний свидетельствует,

например, обнаружение генов нейрехина-1 (NRXN1) и нейропептидного рецептора

2 (VIPR2), нарушение копийности которых вследствие локальной дупликации или

488

Рекомендовано к изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/

делеции связано с развитием шизофрении (Sullivan P.F. и соавт., 2012). При этом

лица, несущие делецию одной копии гена NRXN1 и дупликацию

гена VIPR2 (данные лица редки в общей популяции), обладают очень высоким

относительным риском (RR = 8,62) развития шизофрении (Rujescu D. и соавт.,

2009; Vacic V. и соавт., 2011).

Таким образом, генетическая архитектура психических заболеваний крайне разнообразна. Она определяется сложным взаимодействием между часто встречающимися и редкими полиморфными вариантами, различными аллельными комбинациями генетических маркеров (расширенными гаплотипами), которые вовлечены в формирование фенотипической гетерогенности клинического проявления заболеваний.

10.6.4. Полногеномный анализ экспрессии генов Внедрение технологии микрочипов для глобального количественного анализа

экспрессии генов (genome-wide gene expression, GWGE) позволило оценить функциональную значимость множества полиморфных маркеров, для которых с использованиемSNP-панелей была показана ассоциация с психическими

заболеваниями (Avramopoulos D., 2010). Также экспрессионные биочиповые

панели могут быть использованы для независимого обнаружения генов-

кандидатов, вовлеченных в развитие патологии, экспрессия которых значительно повышена или снижена у больных по сравнению с контрольными индивидами.

Однако не всякий ген, экспрессия которого существенно различается у больных и здоровых лиц, обязательно должен быть напрямую вовлечен в патологию.

Достоверные различия между уровнями экспрессии могут носить вторичный характер и являться следствием ингибирования или активации определенных сигнальных путей.

Глобальный анализ экспрессии генов может быть использован для обнаружения полиморфных маркеров, которые влияют на сплайсинг первичных транскриптов.

Согласно оценке W. Cookson и соавт. (2009), до 10-15% полиморфных маркеров,

для которых показана ассоциация в различных GWAS, кластеризованы в известных

геномных регуляторных районах, называемых expression quantitative trait

loci (eQTL), что свидетельствует об их вероятной вовлеченности в регуляцию

489

дорзолатеральная предлобная кора) у больных шизофренией и БАР. При этом полиморфный маркер rs9277341, расположенный в интронном eQTL, связан с

ассоциация полиморфных маркеров, расположенных в локусе главного комплекса

гистосовместимости (HumanLeukocyte Antigens, HLA), и различными

психическими заболеваниями, особенно с шизофренией (Corvin A., Morris D.W.,

2014). Серьезные нарушения иммунной функции показаны при различных психических заболеваниях, что свидетельствует о немаловажной роли хронического нейровоспаления в развитии психопатологий. К сожалению, к

настоящему времени данная роль мало изучена.

Несмотря на очевидные преимущества подхода GWGE, необходимо четкое планирование экспериментов с его использованием. К главным ограничениям данного подхода относятся опасность контаминации анализируемой ткани другими типами клеток, которые имеют свои собственные глобальные профили экспрессии и, соответственно, могут привести к искажению экспрессионных данных.

Деградация РНК (что особенно актуально при анализе аутопсийного материала мозга) и наличие альтернативного сплайсинга также могут влиять на полученные результаты (Avramopoulos D., 2010).

10.6.5. Эпигенетика Генетический материал (хроматин) вовлекается в различные эпигенетические

изменения, которые ведут к фенотипическим изменениям, но при этом их не происходит в нуклеотидной последовательности ДНК. Как правило, к

эпигенетическим изменениям относятся метилирование ДНК и ковалентные модификации (метилирование, ацетилирование) гистонов - ядерных белков,

вовлеченных в укладку хроматина. Эпигенетические изменения - это динамический процесс, происходящий на протяжении всего жизненного цикла. Данные изменения вовлечены в регуляцию генов и обычно носят тканеспецифичный характер (Keil K.P., Vezina C.M. 2015). Разнообразные ферменты, такие как ДНК-

метилазы/деметилазы, гистоновые метилазы/деметилазы, гистоновые

ацетилазы/деацетилазы, а также многочисленные ремоделирующие факторы участвуют в эпигенетической реорганизации хроматина (Ma Y. и соавт., 2015).

Факторы внешней среды могут влиять на эпигенетическое ремоделирование уже на ранних стадиях развития плода и приводить к эпигенетическим изменениям

490

Рекомендовано к изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/