Раздел 3. Болезни экспансии, вызванные "динамическими" мутациями.

Обнаруженный в 1991г. новый тип так называемых динамических мутаций и связанные с ними наследственные заболевания частично рассматривались нами в Главе IV. Однако их уникальность, необычный механизм экспрессии, особенности наследования, быстрый рост нозологий, обусловленных подобными нарушениями в последовательности ДНК, и, как оказалось, достаточно широкая распространенность делают целесообразным их более подробный анализ.Как упоминалось, этот тип мутаций пока найден только у человека и не зарегистрирован ни у одного вида млекопитающих или других хорошо изученных организмов (дрозофила, нематоды и пр.). Суть мутаций заключается в нарастании числа триплетных повторов, расположенных в регуляторной или в кодирующей,а значит и в транслируемой части генов. Впервые такой тип мутации был обнаружен при молекулярном анализе синдрома фрагильной (ломкой) Х-хромосомы, наследственная передача которой не подчинялась обычным менделевским законам. В дальнейшем аналогочные динамические мутации были описаны и при 7 других наследственных заболеваниях, контролируемых генами,расположенными на разных хромосомах - Таблица 10.2. Вместе с тем, все нижеперечисленные нозологии имеют ряд общих признаков, позволяющих объеденить их в одну самостоятельную группу. Прежде всего, для триплетных повторов, экспансия которых блокирует функцию гена, характерен выраженный популяционный полиморфизм, причем число аллелей может варьировать от единиц до нескольких десятков. Другой их особенностью является доминантный тип наследования, характерный как для Х-сцепленных генов, так и для генов, находящихся на аутосомах. Особенностью практически всех болезней "экспансии" является также эффект антиципации (ожидания), смысл которого заключается в нарастании тяжести симптомов заболевания в последующих поколениях, что, как оказалось, является результатом накопления ("экспансии") исходного числа триплетов после того как их количество возрстает больше нормального. Характерными для этих нозологий являются и особенности их передачи по-томству: для некоторых заболеваний типична передача по материнской (Fra-X, миотоническая дистрофия), а для других преимущественно по отцовской линии (хорея Гентингтона).Практически для всех "динамических" мутаций характерно поражение головного мозга и особенно подкорковых структур, причем тяжесть заболевания и его начало четко коррелируют с числом повторов. Молекулярный анализ этих генов позволяет предполагать определенное сходство механизма экспансии триплетов, которая, по всей вероятности, происходит в митозе,затрагивает чаще аллели с начально большим числом повторов,при этом нередко сигналом экспансии является утрата негомологичного триплета, в норме разделяюего цепочку монотонных повторов. Вместе с тем, патогенетические механизмы проявления мутаций экспансии принципиально различны. В случае раз-личных вариантов FRAX мутаций наблюдается блок экспрессии соответствующих генов вследствие стабильного метилирования области CpG островка в промоторной части генов. При миотонической дистрофии нарушение экспрессии, по-видимому связано с ошибками взаимодествия транскрибируемой нити ДНК с нуклеосомами. В случае остальных сугубо нейродегенеративных заболеваний (хорея Гентингтона, спинально-бульбарная мышечная атрофия и др.) экспрессия гена не нарушена, однако, образующийся белковый продукт с необычно длинной полиглутаминовой цепочкой каким-то образом нарушает процессы нормального метаболизма нервных клеток подкорковых отделов мозга.Таким образом, причиной повреждающего действия одних"динамических" мутаций является блок генной экспрессии, то есть потеря функции (loss-of-function mutation), тогда как другие мутации того же типа, связанные с нейродегенративными заболеваниями, ведут к появлению белковых продуктов с аномальными функциями ( мутации типа -gain-of-function). Интересно отметить, что помимо динамических мутаций для каждого названного гена обнаружены единичные точковые мутации, число которых крайне невелико. Для каждой болезни "экспансии" разработан свой вариант диагностики, основанный на ПЦР. Амплификация области триплетных повторов и дальнейший электрофоретический анализ синтезированных продуктов позволяет определить число повторов, то есть провести генотипирование аллелей. Вместе с тем, при числе повторов более 200, амплификация с помощью ПЦР обычно не достигается. В этих случаях размеры участка повторов определяются методом блот-гибридизации с соответствующими ДНК зондами. Например, используются зонды StB12.3, Ох1.9 или Ох 0.55 в случае синдрома FRAXA;зонд cDNA25 в случае миотонической дистрофии.

Подробней с этой интересной группой заболеваний можно ознакомиться в ряде обзоров (Willems, 1994; Баранов и др.,1993; Иллариошкин и др., 1995).

Таблица 10.2. Болезни экспансии, вызванные динамическими мутациями.

-----------------------T-----------T-------T-----T------T------T----------------------¬

Болезнь, номер по ¦ Ген, лока-¦Триплет¦Норма¦Прему-¦Мута- ¦Литература ¦

МакКьюсику (MIM) ¦ лизация ¦ ¦ ¦тация ¦ция ¦ ¦

-----------------------+-----------+-------+-----+------+------+----------------------+

Синдром ломкой X-хро- ¦FMR1, FRAXA¦(CGG)n ¦5-50 ¦50-90 ¦>90 ¦Rousseau et al.,1991 ¦

мосомы; 309550¦Xq27.3 ¦ ¦ ¦ ¦ ¦Hirst et al.,1991 ¦

-----------------------+-----------+-------+-----+------+------+----------------------+

Синдром ломкой X-хро- ¦FMR2, FRAXE¦(CGG)n ¦6-25 ¦25-200¦>200 ¦Knight et al.,1994 ¦

мосомы тип 2; 309548¦Xq27.3 ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦

-----------------------+-----------+-------+-----+------+------+----------------------+

Миотоническая дистро- ¦DM, MP-1 ¦(CTG)n ¦5-10 ¦19-30 ¦>30 ¦Shelbourne et al.,1992¦

фия; 160900¦19q13.3 ¦ ¦ ¦ ¦ ¦Wieringa,1994 ¦

-----------------------+-----------+-------+-----+------+------+----------------------+

Хорея Гентингтона; ¦HD, IT-15 ¦(CAG)n ¦6-37 ¦ ¦37-121¦Huntington's Dis. ¦

143100¦4p16.3 ¦ ¦ ¦ ¦ ¦Collab.Res.Group,1993 ¦

-----------------------+-----------+-------+-----+------+------+----------------------+

Спинально-мозжечковая ¦SCA1 ¦(CAG)n ¦6-39 ¦ ¦41-81 ¦Orr et al.,1993 ¦

атаксия тип 1; 164400¦6p21.3 ¦ ¦ ¦ ¦ ¦Chung et al.,1993 ¦

-----------------------+-----------+-------+-----+------+------+----------------------+

Денто-рубральная-палли-¦DRPLA, B-37¦(CAG)n ¦7-34 ¦ ¦54-75 ¦ Koide et al.,1994 ¦

до-люисовая дегенерация¦12pter-p12 ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ Nagafuchi et al.,1994¦

125370¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦

-----------------------+-----------+-------+-----+------+------+----------------------+

Спинально-бульбарная ¦AR ¦(CAG)n ¦12-33¦ ¦40-62 ¦La Spada et al.,1991 ¦

мышечная атрофия;313200¦Xq11-q12 ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦

-----------------------+-----------+-------+-----+------+------+----------------------+

Спинально-мозжечковая ¦MJD ¦(CAG)n ¦13-36¦ ¦68-79 ¦Kawaguchi et al.,1994 ¦

дегенерация Мачадо- ¦14q32.1 ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦

Джозефа ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦