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

Подождите немного. Документ загружается.

лых пациентов с относительно поздним началом заболева-

ния (Taroni et al., 1993). Вторая мутация, найденная при дет-

ской форме заболевания, заключается в замене аргинина

на цистеин в 631 положении белка (Taroni et al., 1992). Инте-

ресно отметить, что эта мутация часто обнаруживается в со-

четании с двумя другими мутациями в СРТ1 гене — G1203A

и V368I, которые сами по себе не приводят к заболеванию, а

являются относительно редкими формами полиморфизмов.

Однако эти же полиморфные мутации с повышенной часто-

той встречаются и при взрослых формах заболевания. По-

видимому, сами эти замены не инактивируют фермент, но

способны усиливать эффект мутаций, повреждающих актив-

ность фермента.

в) Миопатия напряжения (MIM: 102770)

Наследственная недостаточность АМФ-дезаминазы

является причиной одной из форм миопатии напряжения,

характеризующейся икроножными болями и слабостью верх-

них конечностей после упражнений. Миоаденилат дезамина-

за, или аденозинмонофосфат (АМФ) дезаминаза, играет важ-

ную роль в пуриновом нуклеотидном цикле. Ее дефицит, по-

видимому, является наиболее общей причиной метаболиче-

ских миопатии у человека и особенно состояний, провоциру-

емых физической нагрузкой. Уровень фермента на порядок

выше в скелетных мышцах, чем в других тканях. Обобщен-

ный опыт показывает, что в 1—2% исследуемых мышечных

биоптатов наблюдается дефицит АМФ-дезаминазы. В норме

активность АМФ-дезаминазы на 95% ингибируется ГТФ. Ге-

нетически детерминированное снижение чувствительности

фермента к этому ингибированию, по-видимому, является

основой развития наследственной первичной подагры.

Тканеспецифические изоформы АМФ-дезаминазы об-

разуются за счет дифференциальной экспрессии двух генов

в сочетании с альтернативным сплайсингом первичного

транскрипта одного из этих генов. С использованием мето-

дов соматической гибридизации и гибридизации in situ ген

AMPD1 (adenosine monophosphate deaminase 1) локализован

в области 1p21-p13 (Sabinaetal., 1990). Ген состоит из 16 эк-

зонов, расположенных в участке геномной ДНК размером

20 тысяч пар оснований. В 0.6—2% мРНК гена AMPD1, экс-

прессирующегося в скелетных мышцах взрослых, в резуль-

тате альтернативного сплайсинга отсутствует экзон 2. Одна-

ко образующаяся при этом делетированная форма фермен-

та функционально активна.

У большинства пациентов с миопатией напряжения,

обусловленной недостаточностью АМФ-дезаминазы, одновре-

менно присутствуют две мутации в гене AMPD1 в cis-поло-

жении (Morisaki et al. 1992). Одна из них — нонсенс-мутация

в 12-м кодоне второго экзона, приводящая к преждевремен-

ной терминации синтеза фермента, что согласуется с отсут-

ствием иммунореактивных форм белка у обследованных па-

циентов. Вторая — миссенс-мутация в 48-м кодоне третьего

экзона. Этот полиморфный мутантный аллель встречается с

частотой 12% среди представителей белой расы, с частотой

19% среди американцев африканского происхождения и пол-

ностью отсутствует среди японцев. Популяционная частота

этого аллеля может обьяснить 2% зарегистрированных слу-

чаев дефицита АМФ-дезаминазы в биоптатах мышц. Присут-

ствие в гомозиготном состоянии полиморфной миссенс-му-

тации у неродственных пациентов с недостаточностью АМФ-

дезаминазы, одновременно гомозиготных по нонсенс-мута-

ции, по-видимому, является результатом «эффекта основате-

ля», приведшего к распространению в Западной Европе этой

комбинации аллелей в гене AMPD1. Клиническая гетерогенность

недостаточности АМФ-дезаминазы частично может быть свя-

зана с изменчивостью в характере сплайсинга первичного РНК

транскрипта в скелетных мышцах (Morisaki et al., 1993).

г) Миопатия, обусловленная недостаточностью

фосфоглицератмутазы (MIM: 261670)

К основным клиническим признакам данной формы

миопатии можно отнести следующие: мышечная слабость,

162

миалгия (часто по типу крампи), провоцируемая физически-

ми нагрузками, миоглобинурия, повышенная активность сы-

вороточной креатинкиназы, почечная недостаточность.

Фосфоглицератмутаза — димер, две изоформы кото-

рого — медленно мигрирующая мышечная (М) и быстро миг-

рирующая мозговая (В) содержатся в различных тканях в

разных пропорциях. Эти изоформы кодируются разными ге-

нами. Семейство включает также бифосфоглицератмутазу.

Полноразмерная кДНК мышечной субъединицы фер-

мента клонирована (Shanske et al., 1987). Блот гибридизация

по Саузерну геномной ДНК с кДНКовыми зондами выявила

существование мультигенного семейства PGAM в геноме

человека, причем в разных тканях происходит специфичес-

кая транскрипция различных PGAM генов. В-субьединица

преимущественно экспрессируется в красных клетках кро-

ви, в печени и в мозге, тогда как М-субъединица — в мышцах

и обе субъединицы экспрессируются в сердце. Ген мышеч-

ной фосфоглицератмутазы — PGAMM (gihosphoglycerate

rnutase М) картирован в области 7р13-р12 (Mattei et al., 1989).

Ген содержит 3 экзона, распределенных на площади 2.83 кб

геномной ДНК. Бифосфоглицератмутазный (BPGM) ген кар-

тирован в области 7q22-q34 и имеет высокий процент гомо-

логии с PGAMM-геном и одинаковое количество и располо-

жение интронов. При сравнении генов, кодирующих мышеч-

ные ферменты, обнаружена консервативная последователь-

ность из 9 пар оснований в 5'-нетранслируемой области

(GGGGCTGGG). По-видимому, эта последовательность свя-

зана с экспрессией мышечных ферментов.

Идентифицировано три точечных мутации в PGAMM-

гене у больных с миопатией, обусловленной недостаточнос-

тью фосфоглицератмутазы (Tsujino et al. 1993). При этом одна

из них — нонсенс-мутация в 78-м кодоне, преимущественно

встречается среди пациентов афро-американского происхож-

дения. Первый зарегистрированный пациент европейского

происхождения оказался гомозиготен по миссенс-мутации в

90-м кодоне гена PGAMM.

163

ГЛАВА 2

БОЛЕЗНИ МЫШЦ. МИОТОНИЧЕСКИЕ

СИНДРОМЫ И ПЕРИОДИЧЕСКИЕ

ПАРАЛИЧИ

2.1. Общая характеристика

В данной группе болезней мышц будут рассмотрены

миотоническая дистрофия, миотония Томсена и периодичес-

кие параличи. Для всех заболеваний, включенных в группу

миотоний, специфичен феномен миотонии, состоящий в не-

произвольном тоническом спазме мышц, возникающем вслед

за резким произвольным сокращением. Расслабление насту-

пает лишь через несколько секунд (до 30 сек.). Описанный

феномен типичен для начального («стартового») движения.

Повторные сокращения этих мышечных групп совершаются

с меньшим затруднением, а затем вообще нормализуются.

Медленные, слабые движения, как правило, не сопровожда-

ются миотоническим спазмом.

Периодические параличи характеризуются своеобраз-

ными клиническими проявлениями в виде внезапной, при-

ступообразной утраты способности производить активные

движения. При этом мышцы утрачивают способность к со-

кращению. Страдает вся скелетная мускулатура. В зависи-

мости от содержания калия в сыворотке крови различают

гипер-, гипои нормокалиемические формы заболевания.

Следует подчеркнуть, что уровень калия в сыворотке крови

меняется только во время пароксизма. При всех формах

периодического паралича наблюдаются специфические из-

менения морфологии мышечной ткани в виде дегенерации

центральной части миофибрилл с последующим образовани-

ем вакуолей.

В табл. 10 представлена общая характеристика генов,

ответственных за миотонические синдромы и периодические

параличи.

165

Таблица 10

Молекулярно-генетическая характеристика

миотонических синдромов и периодических параличей

Нозологическая

Ген,

Белок, функции

форма, MIM

локализация

Миотоническая

DM, DMPK

миотонин-протеинкиназа -

дистрофия,

цАМФ-зависимая серии/

160900

треонинкиназа

DMAHP

гомеодоменны

19q13.2-q13.3

транскрипционный фактор

Миотония врожденная CLC1

хлорный канал

Томсена,

скелетных

160800;

мышц

Беккера болезнь,

255700

5q12.2-q13

Паралич

HYPP,

натриевый

периодический

SCN4A

канал тип 4,

гипер-

альфа

калиемический II,

170500;

парамиотония

Эйленбурга, 168300;

атипичные

не индуцируемые

холодом миотонии,

168350; 170600

17q23.1-q25.3

Паралич

HOKPP,

кальциевый

периодический

CACNL1A

канал 1_типа,

гипокалиемический I,

1q31-q32

альфа 1

170400

альфа 1

С генетической точки зрения миотоническая дистро-

фия относится к группе болезней экспансии. Подобные за-

болевания обусловлены динамическими мутациями — уве-

личением (или экспансией) выше допустимого критичес-

кого уровня числа копий повторяющихся элементов в мес-

166

тах локализации микрои минисателлитных последователь-

ностей. Если подобные последовательности расположены

в значимых областях генов, их экспансия может сопровож-

даться нарушением регуляции работы гена или образова-

нием аномального продукта, обладающего определенной

агрессивной функцией по отношению к тем клеткам, в ко-

торых этот ген экспрессируется. И то и другое может явить-

ся причиной развития патологических процессов и реали-

зоваться в виде наследственных заболеваний. Подробная

характеристика болезней экспансии будет представлена во

второй части монографии.

Миотонии, не сопровождающиеся мышечной дистро-

фией, и периодические параличи обусловлены мутациями

в генах ионных каналов: в хлорном канале скелетных мышц

при миотонии Томсена, в вольтаж-зависимых натриевом и

кальциевом каналах L-типа при гипери гипокалиемичес-

ких периодических параличах соответственно. Вольтаж-за-

висимые ионные каналы являются частью семейства мак-

ромолекул, функции которых включают контроль и поддер-

жание внутриклеточного электропотенциала, секрецию и

сигнальную трансдукцию (Bulman, 1997). На рис. 19 изоб-

ражена структура трансмембранных вольтаж-зависимых

калиевых и натриевых ионных каналов. Фундаментальной

особенностью эволюционно родственного суперсемейст-

ва вольтаж-зависимых К+, Na+ и Са2+ каналов является

присутствие ряда из шести трансмембранных сегментов

(S1-S6), формирующих отдельный домен. Один такой до-

мен представлен в калиевых каналах и четыре подобных

домена образуют альфа1 субъединицы натриевых и каль-

циевых каналов. Предполагается, что сегмент 4 обладает

вольтаж-сенсорной функцией и в каждом третьем или чет-

вертом положении этого сегмента присутствует основная

аминокислота. Отдельные каналы высококонсервативны.

Кроме того, в различных ионных каналах также присутст-

вуют консервативные районы, что является признаком их

эволюционно родственного происхождения.

167

Рис. 19. Структура трансмембранных вольтаж-зависимых

ионных каналов

Характерным для генов ионных каналов является то,

что мутации, затрагивающие разные участки этих белков,

могут приводить к такому различному течению заболева-

ний, что клинически они могут быть отнесены к разным

нозологическим формам. Так, разные мутации в одном и

том же гене, кодирующем альфа-субъединицу мышечного

натриевого канала, могут быть причиной развития семи

клинически самостоятельных форм гипери гипокалиеми-

ческой пароксизмальной миоплегии, парамиотонии и мио-

тонии.

Это в полной мере относится и к генам кальциевых

каналов. Мутации в гене альфа-субъединицы кальциевого

канала скелетных мышц являются причиной развития

гипокалиемического периодического паралича. В то же

время разные мутации в гене альфа1 А-субъединицы

нейронального Са2+-канала P/Q-типа могут реализоваться

в виде таких разных заболеваний, как спиноцеребеллярная

атаксия типа 6, наследственная эпизодическая атаксия и

семейная гемиплегическая мигрень.

168

2.2. Миотонические синдромы

а) Миотоническая дистрофия (MIM: 160900)

1. Клиническая характеристика заболевания

Клиническая картина миотонической дистрофии пред-

ставляет собой сочетание миотонии, миопатии, сердечно-

сосудистых нарушений и эндокринно-вегетативных расст-

ройств. Начало заболевания относится к детскому возрасту,

хотя более типичен дебют на втором-третьем десятилетии

жизни. Первая клиническая симптоматика определяется при-

знаками миотонического спазма и затруднения разгибания

пальцев рук при резких, быстрых движениях. Симптом мио-

тонического «ровика», обусловленный повышенной механи-

ческой возбудимостью, легче получить на дельтовидной, ик-

роножной и мышцах языка. Течение болезни неуклонно про-

грессирующее. На фоне усиливающегося миотонического

синдрома развивается мышечная слабость и атрофические

проявления, сходные с миопатиями. Однако, в отличие от

последних, формула распределения мышечной слабости иная.

Слабеют мышцы лица, в частности круговая мышца глаза,

мышца, поднимающая веко, жевательные мышцы, а также

сгибатели шеи, плечелучевая и перонеальная на конечнос-

тях. Атрофии мышц ладоней приводят к своеобразной «обе-

зьяньей лапе». Мышечная слабость и атрофии возникают од-

новременно. Постепенно из-за снижения мышечной силы

миотонический синдром становится менее ярким. Глубокие

рефлексы постепенно снижаются и в дальнейшем угасают.

Достаточно типично наличие катаракты, та или иная степень

интеллектуальной недостаточности. Нередко миотонической

дистрофии сопутствуют различные эндокринные и вегетатив-

ные нарушения.

В разных популяциях заболевание встречается с час-

тотой 1 на 8—40 тысяч, наследуется по аутосомно-доминант-

ному типу и характеризуется высокой пенетрантностью му-

тантных аллелей и феноменом антиципации — более ран-

169

ним началом и нарастанием тяжести симптомов заболева-

ния в семье в последующих поколениях. Мужчины болеют в

три раза чаще женщин.

2. Картирование и идентификация гена DM

Ген миотонческой дистрофии DM (dystrophia

myotonica) — один из первых аутосомных генов человека,

для которого методами генетического анализа была иденти-

фицирована группа сцепления (Eiberg et al., 1983; O'Brien et

al., 1983). Он расположен в области 19q13.2-q13.3 и его бли-

жайшими проксимальными маркерами являются гены апо-

липопротеина С2 (АРОС2) и мышечной креатинкиназы

(СКММ) (Harley et al., 1991). Микросателлитный маркер

D19S63 наиболее информативен для проведения пренаталь-

ной и досимптоматической диагностики миотонической дис-

трофии (Cobo et al., 1992). Ген миотонческой дистрофии со-

стоит из 15 экзонов, распределенных на площади в 13 кб ге-

номной ДНК. Эта область ДНК полностью просеквенирована

(Shaw et al., 1993; Mahadevan et al., 1993). Ген DM активно

экспрессируется во всех типах мышечных клеток, а также в

других тканях, дефектных при миотонической дистрофии, в

частности в мозге и в сердце. Обнаружено несколько раз-

личных изоформ мРНК гена DM в мышцах плода и новорож-

денных, что доказывает возможность альтернативного сплай-

синга первичного РНК-транскрипта.

3. Молекулярная природа мутаций в гене DM

Как мы уже отмечали, миотоническая дистрофия отно-

сится к группе так называемых болезней экспансии, так как

в подавляющем большинстве случаев молекулярной основой

заболевания служат значительные экспансии числа копий

тринуклеотидного CTG-повтора, расположенного в З'-нетран-

слируемой части гена DM. Впервые предположение о моле-

кулярных основах заболевания было высказано после обна-

ружения у больных с миотонической дистрофией необычно-

го рестрикционного EcoRI-фрагмента, гибридизующегося с

170