Генодиагностика в неврологии
Posted: under ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ И ЛАБОРАТОРНЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДО- ВАНИЯ В НЕВРОЛОГИИ, Клинико-нейрофизиологические и ультразвуковые методы исследования.
Tags: Атаксия Фридрейха, Генодиагностика в неврологии, Косвенная ДНК-диагностика, Прямая ДНК-диагностика
С начала 90-х годов XX в. в исследовательском арсенале клинической
неврологии прочное место заняли разнообразные методы ДНК-анализа.
На сегодняшний день идентифицировано уже свыше 300 генов, поврежде-
ние которых приводит к развитию различных наследственных заболеваний
нервной системы. К числу наиболее значимых заболеваний с установлен-
ным молекулярным дефектом относятся семейные формы болезни Пар-
кинсона, БАС, болезни Альцгеймера, эпилепсии, группа прогрессирующих
мышечных дистрофий, наследственные атаксии, спинальные амиотрофии,
ряд наиболее частых экстрапирамидных наследственных заболеваний (хо-
рея Гентингтона, торсионная дистония, болезнь Вильсона) и др. Реализа-
ция международной программы “Геном человека” уже сейчас привела
к появлению принципиально новых методов ДНК-диагностики и пере-
смотру базовых принципов систематизации наследственных заболеваний
нервной системы. Знание основных принципов такой диагностики являет-
ся абсолютно необходимым для современного врача любой специальности,
в том числе для практического невролога.
Исходным материалом для проведения ДНК-диагностики могут служить
любые ядерные клетки. Обычно для этих целей используют лейкоциты, вы-
деляемые из 5—20 мл периферической крови. В некоторых случаях (напри-
мер, при митохондриальных энцефаломиопатиях, обусловленных мутациями
митохондриальной ДНК) более адекватным источником ДНК являются био-
птаты мышц. Генодиагностика может также проводиться на основе исследо-
вания ДНК, выделяемой из клеток эпителия полости рта, кожных фиброб-
ластов и т. д. При проведении пренатальной ДНК-диагностики у плода
(обычно на 10—21-й неделе беременности) источником ДНК служат биопта-
ты хориона, плаценты, клетки амниотической жидкости (получаемые при
амниоцентезе) или лимфоциты пуповинной крови (кордоцентез).
Существующие методы ДНК-диагностики можно разделить на две
большие группы — прямые и косвенные.
Прямая ДНК-диагностика. Включает непосредственное выявление мута-
ции в исследуемом гене. Она обладает практически абсолютной точно-
стью, требует для анализа только образец ДНК обследуемого лица и может
проводиться как в семейных, так и в спорадических случаях заболеваний.
Для проведения прямой ДНК-диагностики необходимо точно знать струк-
туру соответствующего гена (или конкретного участка гена, содержащего
анализируемую мутацию). В настоящее время большинство протоколов
прямой ДНК-диагностики базируется на ПЦР, позволяющей в течение не-
скольких часов получить достаточное для анализа число копий изучаемого
фрагмента гена. Конкретные методические подходы при том или ином на-
следственном заболевании нервной системы зависят от характера мутаций
и молекулярной организации соответствующего гена.
Характер изменений нуклеотидного состава гена может быть различным.
Наиболее распространенными являются нуклеотидные замены, ве-
дущие либо к нарушению аминокислотного состава белка, либо к прежде-
временному обрыву трансляции (второго этапа реализации генетической
информации в клетке, в процессе которого на мРНК синтезируется белок).
Такие мутации обозначаются термином “т о ч к о в ы е м у т а ц и и”; они мо-
гут локализоваться в любой области гена. Поиск точковых мутаций у кон-
кретного больного основывается на сочетании специальных методов скри-
нинга кодирующей области гена с прямым секвенированием (определени-
ем первичной структуры) мутантного фрагмента ДНК. Такой подход явля-
ется исключительно трудоемким и может применяться лишь в высокоспе-
циализированных лабораториях. Однако в конкретных популяциях мута-
ционный анализ при том или ином наследственном заболевании может
быть существенно упрощен в связи с высокой частотой так называемых
мажорных мутаций, обусловленных эффектом основателя. Например,
при гепатолентикулярной дегенерации описано свыше 100 различных мута-
ций в гене АТР7В; при этом одна и та же точковая мутация в 14-м экзоне
гена, ведущая к замене гистидина на глутамин, выявляется в славянских по-
пуляциях России у более чем 60 % больных. Это позволяет проводить отно-
сительно простую и экономную ДНК-диагностику гепатолентикулярной де-
генерации (включая доклиническую диагностику носительства мутантного
гена) в большинстве обследуемых семей из данной этнической группы.
Другим типом мутаций, который нередко имеет место при наследствен-
ных заболеваниях нервной системы, является д е л е ц и я , т. е. выпадение
(утрата) участка гена. Короткие делеции приводят обычно к сдвигу “рамки
считывания” генетической информации и нарушению синтеза соответст-
вующего белка. Протяженные делеции, охватывающие значительную об-
ласть гена или даже несколько близлежащих генов, как правило, характе-
ризуются тяжелыми биохимическими и фенотипическими последствиями.
В неврологии классическим примером может служить миопатия Дюшенна—
Беккера, которая более чем в 60 % случаев обусловлена разнообразными
делециями гена дистрофина. Для прямой ДНК-диагностики данного заболе-
вания в настоящее время широко используют так называемую мультиплекс-
ную ПЦР, основанную на одновременной амплификации наиболее часто
мутирующих экзонов гена дистрофина: отсутствие одного или нескольких
экзонов служит достоверным молекулярным подтверждением наличия
делеции в гене дистрофина. На идентификации делеции в соответствую-
щих генах с использованием ПЦР основана сравнительно простая ДНК-
диагностика аутосомно-рецессивной спинальной амиотрофии и дофа-не-
зависимой дистонии. У 98 % больных спинальной амиотрофией обнаружи-
вается делеция обеих копий гена SMN, расположенного на хромосоме 5q,
а при дофа-независимой дистонии в большинстве случаев имеет место одна
и та же типичная делеция трех нуклеотидов GAG в одном из аллелей гена
DYT1 (хромосома 9q). В ряде случаев для диагностики в различных иссле-
дуемых генах могут использоваться более сложные методы ДНК-анализа.
При некоторых заболеваниях мутация может заключаться в д у п л и к а -
ции гена или его части. Так, наиболее частой причиной демиелинизи-
рущей формы наследственной моторно-сенсорной невропатии (болезнь
Шарко—Мари 1А) является дупликация гена РМР22 на коротком плече
17-й хромосомы. Еще одним примером является одна из форм лейкодист-
рофий детского возраста — болезнь Пелицеуса-Мерцбахера: данное забо-
левание может вызываться как точковыми мутациями, так и дупликацией
гена протеолипидного протеина (хромосома Xq22). Для диагностики ген-
ных дупликаций обычно используют разнообразные методы оценки дозы
гена (блот-гибридизация, количественная ПЦР и др.).
В последние годы был открыт принципиально новый тип мутаций, ха-
рактерный для целого ряда нервно-дегенеративных заболеваний. Было по-
казано, что в некоторых участках генов нуклеотидная последовательность
представлена цепочкой тандемных тринуклеотидных повторов (например,
“цитозин—аденин—гуанин”), число которых в норме варьирует в строго
определенных пределах. Сущность мутации заключается в патологическом
увеличении числа копий таких повторов, превышающем определенные по-
роговые значения (феномен экспансии тринуклеотидных
повторов). Мутантный удлиненный участок гена является весьма неста-
бильным, что нередко приводит к дальнейшему изменению (чаще —
нарастанию) числа повторов при передаче гена в следующее поколении.
В связи с этим мутации по типу экспансии тринуклеотидных повторов по-
лучили название “динамические мутации”. К настоящему времени
известно уже свыше 15 наследственных заболеваний нервной системы,
обусловленных динамическими мутациями. Наиболее обширную группу
составляют заболевания с аутосомно-доминантным типом передачи гена —
хорея Гентингтона, доминантные атаксии, миотоническая дистрофия и др.
Атаксия Фридрейха также относится к этому классу болезней и наследует-
ся по аутосомно-рецессивному типу. Наконец, динамическими мутациями
вызываются такие Х-сцепленные заболевания нервной системы, как спи-
нально-бульбарная амиотрофия Кеннеди и синдром Мартина—Белла (син-
дром ломкой Х-хромосомы). Экспансия тринуклеотидных повторов в гене
может приводить либо к пропорциональному удлинению соответствующе-
го полипептидного участка и появлению у такого белка цитотоксических
свойств (хорея Гентингтона, доминантные атаксии), либо к нарушению
нормальных механизмов транскрипции гена и угнетению белкового синте-
за (атаксия Фридрейха, миотоническая дистрофия). При всех заболевани-
ях, обусловленных динамическими мутациями, тяжесть клинических про-
явлений определяется величиной экспансии тринуклеотидных повторов,
т. е. степенью тяжести генетического дефекта. Нестабильность динамиче-
ских мутаций и тенденция к нарастанию числа повторов при передаче гена
лежат в основе феномена антиципации, свойственного ряду “тринуклео-
тидных” заболеваний и заключающегося в появлении все более ранних и
тяжелых случаев болезни в каждом последующем поколении.
Открытие динамических мутаций привело к внедрению в практику
сравнительно простых и надежных методов прямой ДНК-диагностики
данной группы наследственных заболеваний нервной системы. Такая диаг-
ностика проводится с использованием ПЦР и заключается в амплифика-
ции тринуклеотидного участка соответствующего гена, после чего с помо-
щью электрофореза проводится оценка длины изучаемых фрагментов
ДНК; это позволяет достоверно определить число копий повторов в обоих
аллелях гена. В настоящее время накоплен большой опыт прямой ДНК-
диагностики “тринуклеотидных” заболеваний на клинической, доклиниче-
ской и пренатальной стадиях носительства мутации, что дало возможность
начать реализацию широкой программы профилактики повторных случаев
заболеваний в отягощенных семьях.
Косвенная ДНК-диагностика. Используют ее при заболеваниях, ген ко-
торых достаточно точно к а р т и р о в а н , т. е. локализован в конкретном
участке определенной хромосомы. Важно подчеркнуть, что косвенная
ДНК-диагностика может проводиться даже в тех случаях, когда какая-либо
другая информация о гене болезни (помимо его хромосомного расположе-
ния) отсутствует. Сущность косвенной ДНК-диагностики заключается в
анализе наследования у больных и здоровых членов семьи полиморфных
генетических маркеров, расположенных в изучаемой хромосомной области
и, следовательно, с ц е п л е н н ы х с геном болезни. Таким образом, стано-
вится возможным проследить в ряду поколений наследование патологиче-
ской хромосомы, несущей мутантный ген. Косвенная ДНК-диагностика
обладает тремя недостатками:
• для ее проведения требуется анализ ДНК нескольких членов семьи,
как правило, из двух—трех поколений, поэтому в неинформативных
семьях такая диагностика невозможна;
• косвенный поход неприменим для диагностики спорадических слу-
чаев заболевания;
• при проведении косвенной ДНК-диагностики всегда существует ве-
роятность ошибки (оцениваемая в 1—5 %), связанная с возможной
рекомбинацией в мейозе между геном болезни и исследуемым мар-
кером.
В настоящее время косвенную ДНК-диагностику широко используют
при заболеваниях, гены которых имеют сложную молекулярную организа-
цию, в связи с чем непосредственное определение мутаций в них и прямая
ДНК-диагностика чрезвычайно затруднены. При проведении косвенной
ДНК-диагностики могут использоваться как маркеры, сцепленные с геном
болезни, так и внутренние маркеры. В качестве примеров заболеваний с
установленными генами, при которых с успехом применяют косвенную
ДНК-диагностику, можно назвать атаксию-телеангиэктазию, гепатоленти-
кулярную дегенерацию, различные формы аутосомно-рецессивных про-
грессирующих мышечных дистрофий и др. Косвенный ДНК-анализ можно
применять в качестве дополнительного диагностического метода у лиц из
группы риска при отрицательных результатах традиционного мутационно-
го скрининга. Например, у больных с миопатией Дюшенна—Беккера при
невозможности обнаружения конкретных нуклеотидных изменений в ги-
гантском гене дистрофина косвенная ДНК-диагностика с вне- или внутри-
генными маркерами позволяет с высокой вероятностью определять генети-
ческий статус лии из групп риска (родственники пробанда мужского пола)
или плода (при проведении пренатальной диагностики у женщин-носите-
лей мутантного гена), а также проводить диагностику гетерозиготного но-
сительства мутантной хромосомы у женщин в семьях высокого риска.
Классификация. Идентификация генов и разработка разнообразных ме-
тодов ДНК-диагностики нейрогередитарных заболеваний способствовали
внедрению наиболее совершенного геномного подхода к их классифика-
ции. Это позволило на качественно новом уровне решить одну из наибо-
лее сложных проблем нейрогенетики — построение четкой и упорядочен-
ной современной номенклатуры наследственных заболеваний нервной
системы. Существовавшие ранее классификации отдельных групп заболе-
ваний базировались главным образом на клинико-морфологическом под-
ходе, что приводило к серьезным затруднениям при определении нозоло-
гической принадлежности отдельных синдромов ввиду выраженного меж-
и внутрисемейного полиморфизма наследственных болезней нервной сис-
темы, существования ряда так называемых переходных, стертых форм и
т. д. Современная геномная классификация основана на определении пря-
мой взаимосвязи между конкретной нозологической формой и поврежде-
нием определенного гена. Ярким примером может служить группа ауто-
сомно-доминантных атаксий, систематизация которых до недавнего време-
ни была чрезвычайно затруднена. В самые последние годы было убеди-
тельно продемонстрировано, что вариабельность клинико-анатомической
картины аутосомно-доминантных атаксий обусловлена генетической гете-
рогенностью данной группы заболеваний. На сегодняшний день установ-
лено существование как минимум 14 различных генов, локализованных на
отдельных хромосомах, мутации которых в виде экспансии тринуклеотид-
ных CAG-повторов обусловливают развитие доминантных атактических
синдромов. Таким образом, стала возможной предельно четкая и объек-
тивная молекулярно-генетическая классификация доминантных атаксий
на основе прямой ДНК-диагностики: в зависимости от того, в каком
из исследуемых генов обнаруживается динамическая мутация, соответст-
вующий клинический синдром обозначается как спиноцеребеллярная атак-
сия 1-го (2-го, 3-го, 4-го и т. д.) типа. Аналогичным образом строится
в настоящее время классификация наследственных невропатий (идентифи-
цировано 13 генов демиелинизируюших и аксональных моторно-сенсор-
ных невропатий), аутосомных форм конечностно-поясной прогрессирую-
щей мышечной дистрофии (свыше 10 генов) и других групп наследствен-
ных неврологических заболеваний. Важно подчеркнуть, что вопрос геном-
ной классификации наследственных болезней не носит чисто академиче-
ский характер, а имеет ярко выраженную практическую направленность.
Проведение ДНК-диагностики у лиц из группы риска и пренатальной
ДНК-диагностики, имеющее целью активную профилактику повторных
случаев заболевания в отягощенной семье, может осуществляться только
при условии идентификации конкретной молекулярной формы заболева-
ния у пробанда. В будущем, при разработке эффективных методов лечения
основных групп наследственных заболеваний нервной системы (особенно
с использованием методов генной инженерии), точный ДНК-диагноз в ка-
ждом конкретном случае будет основным условием для проведения такой
специфической терапии.
Медико-генетическое консультирование. Практика проведения медико-
генетического консультирования, основанного на методах ДНК-диагно-
стики, позволяет решать широкий круг вопросов, касающихся планирова-
ния семьи и возможности деторождения, дальнейшего образа жизни, необ-
ходимой периодичности квалифицированного медицинского наблюдения
и т. д. Исключение носительства мутантного гена у родственников боль-
ных снимает с этих людей тяжелый психологический груз в отношении
как собственного будущего, так и судьбы их потомства. Напротив, в случае
положительной ДНК-диагностики у клинически здорового родственника,
свидетельствующей о неизбежности развития у него тяжелой и неизлечи-
мой наследственной болезни, решение вопроса о раскрытии результатов
анализа сопряжено с рядом сложных проблем морально-этического, пси-
хологического и юридического порядка. В данной ситуации необходимо
принимать во внимание возможность тяжелых психосоциальных последст-
вий такой информации (вплоть до суицидальных действий), а также обес-
печить строгое соблюдение семьей и обществом имущественных, образова-
тельных, профессиональных и иных прав консультируемого лица. Соглас-
но общепринятым международным протоколам, при проведении ДНК-ди-
агностики неизлечимых заболеваний необходимо следовать определенным
организационно-правовым принципам. К ним относятся:
• строгая добровольность обследования;
• предоставление тестируемым лицом информированного согласия на
проведение ДНК-анализа;
• недопустимость проведения ДНК-анализа у недееспособных лиц (да-
же в случае настойчивой просьбы со стороны родственников, опеку-
нов и т. д.);
• конфиденциальность получаемой врачом информации о генетиче-
ском статусе тестируемого лица;
• обеспечение постоянной медико-психологической поддержки и мо-
ниторинга в консультируемой семье после предоставления результа-
тов ДНК-анализа.
Для контроля за соблюдением соответствующих норм рекомендуется соз-
давать специальные этические комитеты и национальные ассоциации, в ра-
боте которых должны участвовать врачи — клиницисты и генетики, а также
социологи, юристы, психологи, родственники больных, независимые пред-
ставители общественных организаций. Успехи проводимого на самом совре-
менном уровне медико-генетического консультирования в конечном счете
будут способствовать снижению “генетического груза” в популяции, актив-
ной профилактике наследственной патологии человека, укреплению генети-
ческого и нравственного здоровья общества.
Comments (0)
Дек 02 2008

ностью пейсмекеров неспецифических ядер таламуса и их таламокорти-