Горбунова В.Н., Савельева-Васильева Е.А., Красильников В.В. Молекулярная неврология. Заболевания нервно-мышечной системы

Подождите немного. Документ загружается.

за, а также болезни, связанные с экспансией CAG-повтора,

такие как хорея Гентингтона, болезнь Кеннеди, целая серия

спиноцеребеллярных атаксий. Более подробно эти вопросы

будут обсуждаться во второй и пятой частях монографии. В

общем виде можно сказать, что накопление нерастворимых

белковых агрегатов в клетках тесно связано с их апоптозом

и, по-видимому, является причиной избирательной гибели

определенных типов клеток или даже тканей. В данном раз-

деле мы подробно обсудим три формы миопатии, при кото-

рых наиболее отчетливо прослеживается связь между нали-

чием белковых агрегатов в мышечных клетках и их гибелью.

Это окулофарингеальная и десмин-родственные миопатии, а

также моногенные миопатии с инклюзионными тельцами.

а) Миопатия окулофарингеальная (MIM: 164300)

Эту форму аутосомно-доминантной миопатии следует

отнести к относительно редким, возникающим в зрелом воз-

расте и медленно текущим заболеваниям. Клинически бо-

лезнь проявляет себя как «локальная миопатия». Поража-

ются мышцы, осуществляющие движения глазных яблок и

мышца, поднимающая верхнее веко. Фарингеальные расст-

ройства обусловлены включением в процесс констрикторов

глотки, что затрудняет глотание. Типична симметричность

процесса. Начальные признаки болезни относятся к 30—40 гг.

в виде двустороннего опущения верхнего века с появлением

ограничения движения глазных яблок. Как правило, на дип-

лопию больные не жалуются. Объяснение этому находят в

медленном и симметричном развитии парезов глазодвига-

тельных мышц. Значительно утежеляют заболевание и ухуд-

шают прогноз фарингеальные симптомы. Начинаясь с диз-

фагии, они имеют тенденцию к нарушению функций в виде

афагии. Следует иметь в виду существование окулярной ми-

опатии, при которой фарингеальные расстройства не выра-

жены. Этот вариант миопатии рассматривается одними ис-

следователями как самостоятельное заболевание, други-

ми — как дебют окулофарингеальной миопатии. Диагности-

141

чески значимым признаком заболевания является появле-

ние в ядрах волокон скелетных мышц необычных тубулофи-

ламентных включений. При электронно-микроскопическом

анализе образцов биоптатов мышц пациентов наблюдаются

увеличенные митохондрии с необычными кристовидными

включениями.

С использованием техники микросателлитного карти-

рования ген OPMD (oculopharyngeal muscular dystrophy) был

локализован в 5-сМ интервале в области 14q11.2-q13 в непо-

средственной близости от двух тандемно расположенных ге-

нов тяжелых цепей b-миозина шестого и седьмого типов —

MYH6 и MYH7 (Brais et al., 1995). Было высказано предполо-

жение, что один из этих генов дефектен при окулофаринге-

альной миодистрофии. Однако в дальнейшем эта гипотеза

не нашла подтверждения. Конструирование космидной биб-

лиотеки геномной ДНК, заключенной между двумя ближай-

шими маркерами — D14S990 и D14S1457, фланкирующими

ген OPMD, явилось основой для изоляции из этой области

более 30 кДНКовых последовательностей, три из которых

имели высокий процент гомологии с бычьим геном поли(А)-

связывающего белка 2 (Brais et al., 1998).

Ранее ген поли(А)-связывающего белка 2 человека

(РАВР2 — eoly(A)-banding grotein 2) был картирован методом

флюоресцентной гибридизации in situ в области 14q11. Псев-

доген РАВР2 расположен в области Xq12-q13. Кодирующая

часть РАВР2 разделена на 7 экзонов. Обнаружено большое

число транскрипционных изоформ гена, образующихся за

счет альтернативного сплайсинга. В частности, интроны 1 и 6

представлены более чем в 60% транскриптов. Высокий уро-

вень экспрессии гена РАВР2 наблюдается во многих тканях,

в том числе и в скелетных мышцах. Продукт этого гена лока-

лизован исключительно в ядрах, где он действует как фактор

полиаденилирования мРНК.

Локализация и характер экспрессии РАВР2 дали осно-

вание для его исследования в качестве кандидатного гена,

ответственного за окулофарингеальную миопатию. Однако

142

при молекулярном анализе около 93% кодирующей части гена

РАВР2 методами SSCP-анализа и обратной ПЦР (RT-PCR)

мутаций у пациентов выявить не удалось. При этом анализе

первый экзон гена РАВР2 не был исследован, так как он со-

держит трудно поддающуюся амплификации 400-нуклеотид-

ную GC-богаую область, включающую стартовый кодон. Ока-

залось, что в этой области локализован (GCG)6-noBTop, ко-

дирующий 6 первых аланинов в цепочке из 10 аланиновых

остатков в поли(А)-связывающем белке 2. Анализ этой об-

ласти с использованием специально разработанных условий

амплификации показал, что у пациентов с окулофарингеаль-

ной миодистрофией наблюдается мейотически стабильная

экспансия GCG-повтора до 8—13 триплетов, причем чаще

всего встречается (GCG)9-noBTop (Brais et al., 1998). Таким

образом, было доказано, что гены OPMD и РАВР2 идентич-

ны. При обширных популяционных исследованиях, проведен-

ных в Канаде, был обнаружен полиморфизм по количеству

GCG триплетов в первом экзоне РАВР2 гена. В 98% нормаль-

ных хромосом содержится (GCG)6-noBTop, тогда как в 2% —

(GCG)7-noBTop. Оказалось, что пациенты с аутосомно-рецес-

сивным вариантом заболевания несут (GCG)7-noBTop в го-

мозиготном состоянии, а в наиболее тяжелой форме болезнь

протекает у гомозигот по (GCG)9-noBTopy, а также у компа-

унд-гетерозигот по (GCG)7/(GCG)9 аллелям. Следовательно,

(GCG)7-noBTop является примером аллеля, который может

действовать либо как модификатор при доминантной форме

болезни, либо как рецессивная мутация.

Окулофарингеальная миодистрофия является первым

примером заболевания, обусловленного очень короткой экс-

пансией тринуклеотидного GCG-повтора, расположенного в

кодирующей части гена. В настоящее время описано два дру-

гих редких наследственных заболевания, связанных с уве-

личением полиаланиного трека в белковых продуктах соот-

ветствующих генов: одна из доминантных форм синполидак-

тилий и аутосомно-доминантная черепно-ключичная диспла-

зия. Однако в двух последних случаях мутации не вызваны

143

экспансиями какого-либо тринуклеотидного повтора, а явля-

ются дупликациями смеси синонимических кодонов в генах

HOXD13 и ос-1 цепи кор-связывающего фактора (CBFA1) со-

ответственно. Полиаланиновые треки найдены во многих

ядерных белках, таких, например, как НОХ-белки, однако их

функции пока неизвестны. Алании является высоко гидро-

фобной аминокислотой, присутствующей в корах белков.

Предполагается, что полиаланиновые треки играют важную

роль в процессе полимеризации. Показано, что полиалани-

новые олигомеры черезвычайно устойчивы к химической

денатурации и энзиматической деградации. Поли(А)-связы-

вающий белок 2 присутствует в клетках, главным образом в

димерной или олигомерной формах. Возможно, РАВР2-оли-

гомеры, составленные из достаточного числа мутантных мо-

лекул, могут накапливаться в ядрах в качестве филамент-

ных включений и вызывать гибель клеток. Подобная агрега-

ция в ядрах нейронов мутантных белков с удлиненными по-

лиглютаминовыми треками обнаружена по крайней мере при

четырех заболеваниях, обусловленных экспансией CAG-no-

втора: при хорее Гентингтона, двух формах спиноцеребел-

лярной атаксии и при денторубральной паллидо-люисовой

атрофии. Не исключено, что молекулярные механизмы пато-

физиологии некоторых болезней экспансии связаны с воз-

можностью накопления в ядрах клеток мутантных гомополи-

мерных доменов. Поскольку ген РАВР2 экспрессируется во

многих типах тканей, остается неясным, с чем связан специ-

фический характер накопления подобных филаментных вклю-

чений у пациентов с окулофарингеальной миопатией.

б) Миопатия дистальная с накоплением

десминовых включений (MIM: 125660).

Десмин-родственная миопатия (OMIM: 601419)

Аутосомно-доминантная форма миопатии, дебютирую-

щая во второй декаде или во взрослом возрасте слабостью

проксимальных и дистальных мышц конечностей, а также

мышц шеи и носоглотки. Нередко отмечается кардиомиопа-

144

тия и катаракта. В саркоплазме сердечной и скелетных мышц

больных обнаруживаются плотные гранулофиламентные аг-

регаты, в которых накапливается десмин — белок, принад-

лежащий семейству промежуточных филамент типа III. Про-

межуточные филаменты наряду с актиновыми микрофила-

ментами и тубулиновыми микротрубочками представляют

собой третий класс хорошо охарактеризованных элементов

цитоскелета. Десминовые филаменты специфичны для мы-

шечных клеток. Они участвуют в дифференцировке миофиб-

рилл и в поддержании структурной целостности скелетных

мышц (Fuchs et al., 1998). С генетической точки зрения дес-

мин-родственная миопатия представляет собой гетерогенную

группу заболеваний.

С использованием методов гибоидизации in situ ген де-

смина — DES (desmin). был локализован в длинном плече

хромосомы 2 в районе 2q35 (Viegas-Pequignot et al., 1989).

Для того чтобы определить потенциальную роль гена DES в

развитии десмин-родственной миопатии, была определена

нуклеотидная последовательность его кодирующей области —

кДНК. В трех больших семьях с десмин-родственной миопа-

тией мутаций в гене DES у больных не были найдено (Vicart

et al., 1996). Однако в дальнейшем у пациентов из двух дру-

гих подобных семей были идентифицированы миссенс-мута-

ции в гене DES, сопровождающиеся аминокислотными за-

менами в высококонсервативном карбокси-терминальном

конце стержневого домена десмина (Goldfarb et al., 1998).

Гетерозиготная миссенс-мутация А337Р найдена у пациен-

тов со взрослой формой миопатии. Тогда как пациенты из

другой семьи, характеризующиеся дебютом в детском воз-

расте и более злокачественным течением миопатии, сочета-

ющейся с кардиомиопатией, оказались компаунд-гетерози-

готами по двум миссенс-мутациям — А360Р и N393I.

Генетический анализ с использованием 280 микроса-

теллитных маркеров, выполненный в большой французской

семье, где на протяжении трех поколений наблюдали паци-

ентов с десмин-родственной миопатией, позволил локализо-

10 Заказ № 170

145

вать второй мутантный ген — DRM (desmin-related myopathy),

в 26-сМ интервале в области 11q21-q23 (Vicart et al., 1998). В

этом районе содержится ген CRYAB (crystallin alpha В)» коди-

рующий аВ-кристаллин — 20-кД мажорный белок хрустали-

ка, присутствующий также в ряде других тканей, включая

сердечную и скелетные мышцы. Показано, что аВ-кристал-

лин взаимодействует с десмином в сердечной мышце. Это

доказывает его участие в образовании сети промежуточных

филамент. аВ-кристаллин принадлежит к семейству малых

белков теплового шока (shsp) и обладает активностью моле-

кулярного шаперона. Наблюдается гиперэкспрессия этого

белка в сердечной мышце при стрессовых ситуациях.

У всех больных из исследуемой французской семьи

обнаружена однотипная миссенс-мутация — R120G, в вы-

сококонсервативной позиции гена CRYAB. Трансфекция му-

тантной кДНК гена CRYAB в культивируемые клетки мышц

приводит к образованию внутриклеточных агрегатов, со-

держащих десмин и аВ-кристаллин, подобно тому как это

происходит в мышечных волокнах больных с десмин-род-

ственной миопатией. Таким образом, доказана идентич-

ность генов CRYAB и DRM. Аутосомно-доминантная врож-

денная катаракта связана с миссенс-мутацией R116C в гене

CRYAA, кодирующем otA-кристаллин. Примечательно, что

116 позиция в аА-кристаллине соответствует 120-й пози-

ции в осВ-кристаллине. Это еще раз указывает на высокую

функциональную значимость аргинина в данном положе-

нии а-кристаллинов. Поздний дебют заболевания может

быть объяснен, по-видимому, тем, что R120G мутация ока-

зывает повреждающий эффект на мышцы после длитель-

ного периода сократительной активности.

в) Миопатия с инклюзионными тельцами,

аутосомно-доминантная (MIM: 147420);

аутосомно-рецессивная (OMIM: 601073)

Гетерогенная группа миопатии с уникальными гисто-

логическими особенностями мышечных волокон, включа-

146

ющими обрамленные вакуоли с концентрированными мем-

бранными телами и инклюзионными тельцами в цитоплаз-

ме и ядрах, состоящими из скрученных филамент диамет-

ром 15—18 нм, без сопутствующих воспалительных ин-

фильтратов. Заболевание дебютирует в возрасте около 50

лет в виде прогрессирующей мышечной слабости плечево-

го и тазового поясов. В последующем развиваются атро-

фии мышц дистальных сегментов конечностей, шеи и туло-

вища. Характерна хроническая респираторная недостаточ-

ность.

Описаны как аутосомно-рецессивная, так и аутосом-

но-доминантная формы заболевания. Аутосомно-рецессив-

ная форма специфически распространена среди евреев-

выходцев из Персии. При генетическом анализе 9 таких

семей обнаружено сцепление мутантного гена IBM2

(inclusion body myopathy 2) с маркерами центромерной

области хромосомы 9 (9p1-q1) (Mitrani-Rosenbaum et al.,

1996). Локализация гена IBM1, связанного с доминантной

формой инклюзионной миопатии, в настоящее время не-

известна.

1.8. Митохондриальные миопатии

В отечественной литературе подробное описание ми-

тохондриальных болезней представлено в недавно вышед-

шем руководстве, посвященном наследственным болезням

нервной системы (Вельтищев и др. 1998). Согласно данно-

му руководству, под митохондриальными болезнями пони-

мается «гетерогенная группа заболеваний, обусловленных

генетическими, структурными и биохимическими дефекта-

ми митохондрий». В большинстве своем митохондриаль-

ные болезни носят синдромальный характер, при этом

мышечная слабость часто занимает одно из ведущих мест

в структуре синдромального поражения. Поэтому мы со-

чли возможным дать описание этих болезней в данной ча-

сти монографии.

147

Среди митохондриальных миопатии первоначально

были выделены мегакониальная (MIM: 255140), плеокони-

альная (MIM: 262900) и гиперметаболическая (MIM: 238800)

формы миопатии. В первом случае имеет место увеличе-

ние размеров митохондрий, во втором — их числа, в тре-

тьем — гиперактивность митохондриальных ферментов.

Следует отметить, что при некоторых митохондриальных

миопатиях у одного и того же больного увеличение числа

митохондрий может сочетаться с увеличением их разме-

ров. Иногда митохондрии содержат аномальные квадрила-

минарные структуры.

Клиническая картина митохондриальных миопатии скла-

дывается из слабости мышц, начинающейся с мышц тазово-

го пояса, и постепенной их атрофии. Для митохондриальных

миопатии характерно медленно прогрессирующее течение.

У больных может наблюдаться гипотония, гипорефлексия, за-

держка моторного развития, гепатомегалия, макроглоссия.

Описаны ранние формы заболевания, напоминающие по кли-

ническому течению детскую спинальную амиотрофию Верд-

нига-Гоффмана, обычно с летальным исходом. Митохондри-

альные миопатии могут проявлять себя клинически не толь-

ко синдромом миопатии с диффузной слабостью, но и при-

ступами, напоминающими пароксизмальный паралич. Отли-

чительной особенностью гиперметаболической миопатии (бо-

лезнь Люфта) являются помимо мышечной слабости такие

симптомы, как диффузная потливость, полидипсия, астения

с резко усиленным основным обменом при нормальной функ-

ции щитовидной железы.

Митохондриальные миопатии могут спровождаться

тремя типами нарушений на биохимическом уровне: (1) де-

фектами в утилизации субстратов, обусловленными недо-

статочностью карнитина, карнитин палмитоилтрансфера-

зы (см. ниже) или различных компонентов пируват-дегид-

рогеназного комплекса; (2) дефектами в митохондриаль-

148

ной системе окислительного фосфорилирования, как в слу-

чае болезни Люфта или при недостаточности мтАТФазы и

(3) дефектами в компонентах митохондриальной дыхатель-

ной цепи, таких как белок негемного железа (nonheme iron

protein), цитохромоксидаза, цитохром р и NADH-CoQ-pe-

дуктаза (Land et al., 1981). Наследственные формы мито-

хондриальных миопатии не обязательно связаны с дефек-

тами в митохондриальной ДНК (мтДНК), а могут быть обус-

ловлены доминантными или рецессивными мутациями в

аутосомных генах (Harding et al., 1988). В данном разделе

мы остановимся на заболеваниях, обусловленных только

генетическими дефектами митохондрий, и, кроме того, та-

ких, для которых проведена идентификация молекулярно-

го дефекта. В значительном проценте случаев при подоб-

ных митохондриальных болезнях наблюдается гетероплаз-

мия, то есть сосуществование в клетках в различных про-

порциях мутантных и нормальных митохондрий. Это свя-

зано с особенностями репликации и сегрегации мтДНК.Уро-

вень гетероплазмии в разных тканях одного и того же па-

циента может быть различен.

Более 15 лет тому назад был полностью секвениро-

ван митохондриальный геном, состоящий из 16 569 нукле-

отидов и содержащий 22 гена транспортных РНК, 2 гена

рибосомальной РНК и 13 белковых генов, кодирующих субъ-

единицы пяти комплексов окислительного фосфорилиро-

вания. 56 субъединиц этих комплексов кодируется ядер-

ными генами. 7 субъединиц NADH-дегидрогеназы комплек-

са I дыхательной цепи кодируются митохондриальными ге-

нами (MTND1 -7) и около 35 — ядерными. Три субъединицы

(I-III) цитохромоксидазы С кодируется митохондриальной

ДНК и десять — ядерной. На рис. 18 схематически пред-

ставлена организация митохондриального генома и указа-

ны мутации, идентифицированные у пациентов с различ-

ными типами митохондриальных болезней.

149

Рис. 18. Организация митохондриального генома с

указанием мутаций, идентифицированных у пациентов с

различными типами митохондриальных болезней

Точковые мутации в митохондриальных генах MTND1-7

являются причиной развития синдрома Лебера — наследст-

венной атрофии зрительных нервов — LHON (MIM 535000).

150