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

Подождите немного. Документ загружается.

ВВЕДЕНИЕ

В последние десятилетия достигнуты впечатляющие

успехи в области молекулярной генетики человека, позво-

лившие от формального описания генов и менделевских за-

конов наследования перейти к их детальной идентификации.

Определена организация основных элементов генома чело-

века, построены подробные цитогенетические карты, являю-

щиеся основой для выявления, изоляции и анализа индиви-

дуальных генов человека. Проведено секвенирование пол-

ной нуклеотидной последовательности молекулы ДНК чело-

века, длина которой достигает 3.5 миллиарда пар основа-

ний. Это означает, что в ближайшие годы будут открыты все

гены человека, число которых по разным оценкам составля-

ет от 80 до 100 тысяч. В настоящее время известна цитоге-

нетическая локализация около 30 ООО генов человека и рас-

шифрована молекулярная природа более 10 000 этих генов.

Около 1000 из них связаны с моногенными наследственны-

ми заболеваниями.

Открытие гена означает не только нахождение в гено-

ме человека определенного участка ДНК, собственно и яв-

ляющегося геном, но обязательную изоляцию и определение

нуклеотидной последовательности полноразмерной кодиру-

ющей области гена, так называемой молекулы комплемен-

тарной ДНК (кДНК). Клонирование кДНК, то есть ее введе-

ние в бактериальную или дрожжевую систему, позволяет по-

лучать неограниченное количество копий этой молекулы и

осуществлять различные манипуляции in vitro, направленные

на расшифровку структурной и функциональной организации

гена. Именно клонированная кДНК получила название «гена

в пробирке». Определение экзон-интронной структуры гена,

ответственного за развитие определенного наследственного

заболевания, и секвенирование нуклеотидной последователь-

ности его кодирующих и регуляторных областей создают ос-

новы для молекулярной идентификации мутаций у пациен-

тов и разработки программ, направленных на профилактику

данного состояния на базе досимптоматической и пренаталь-

ной диагностики. Кроме того, знание нуклеотидной последо-

вательности гена позволяет прогнозировать аминокислотную

последовательность кодируемой полипептидной цепи и ре-

конструировать третичную структуру, доменную организацию

и функциональные свойства белка, являющегося первичным

биохимическим дефектом при соответствующем наследствен-

ном заболевании. Небольшие фрагменты этого белка могут

быть получены путем искусственного синтеза полипептидных

молекул или путем клонирования кодирующих участков гена

в экспрессионных системах. В дальнейшем эти фрагменты

могут быть использованы для конструирования антител, с

помощью которых проводится не только исследование тка-

неспецифического распределения белкового продукта гена

в норме и при патологии, но также изоляция этого белка в

препаративных количествах для прямого биохимического

анализа. Таким образом, открытие гена создает реальные

предпосылки для изучения молекулярных основ этиологии и

патогенеза наследственного заболевания, а также для раз-

работки патогенетических методов терапии.

Идентификации гена человека часто предшествует опи-

сание гомологичного гена у экспериментальных животных, в

частности у мышей. И наоборот, если гомологичный ген мыши

не был известен, его идентификация проводится вскоре пос-

ле описания соответствующего гена человека. На следую-

щем этапе появляется возможность искусственного констру-

ирования модельных линий трансгенных животных путем

направленного разрушения гомологичного гена в ранних за-

родышах мышей («нокаут») или введения в этот ген специ-

фических мутаций. Отбор особей, содержащих модифици-

рованный ген в зародышевых клетках, и последующая се-

лекционная работа завершаются созданием генетической

линии животных со специфическими мутациями в заданном

гене. Подобные трансгенные линии мышей являются очень

удобными обьектами для изучения молекулярных и биохи-

мических основ патогенеза наследственных заболеваний

человека, а также для разработки специфических методов

предупреждения и лечения таких состояний.

Одним из важнейших итогов проводимых исследова-

ний является определение молекулярных основ клинической

и генетической гетерогенности. Оказалось, что один и тот же

клинический фенотип может быть обусловлен мутациями в

разных генах. С другой стороны, различные мутации одного

и того же гена могут приводить к различному течению забо-

левания и даже реализоваться в нозологически самостоя-

тельные типы болезней, образующие так называемые аллель-

ные серии. В настоящее время точная диагностика, а значит

профилактика и терапия многих наследственных болезней

возможна только с учетом данных молекулярно-генетичес-

кого анализа.

Эти положения могут быть проиллюстрированы на при-

мере многих сотен наследственных заболеваний. Данная

монография посвящена описанию молекулярно-генетических

основ наследственных болезней нервной системы. Моногра-

фия состоит из пяти частей, каждая из которых будет выпу-

щена в виде отдельного издания. При делении материала на

части мы руководствовались не только клиническими, но так-

же и молекулярно-генетическими принципами. Первая часть

посвящена заболеваниям нервно-мышечной системы и вклю-

чает: болезни мышц —мышечные дистрофии, миопатии, ми-

отонические синдромы и периодические параличи, а также

заболевания с преимущественным поражением перифери-

ческого двигательного неврона — проксимальные спиналь-

ные мышечные атрофии, полинейропатии, боковой амиатро-

фический склероз. В настоящее время известно более 5000

моногенных заболеваний. В значительном проценте случа-

ев моногенные болезни сопровождаются различными дефек-

тами нервной системы. Разумеется, рамки настоящего изда-

ния не позволяют остановиться на всех наследственных за-

болеваниях с поражением нервной системы. Основное вни-

мание будет уделено тем болезням, для которых мутантные

гены уже открыты и расшифрована природа первичного мо-

пекулярного дефекта. Мы коротко остановимся на клинике

каждого из этих заболеваний, подробно опишем историю кар-

тирования и идентификации гена, ответственного за разви-

тие заболевания, представим его молекулярную характери-

стику, типы и распространенность мутаций, идентифициро-

ванных у пациентов, методы молекулярной диагностики дан-

ного состояния, дадим обзор существующих модельных ге-

нетических линий животных. Особое внимание будет уделе-

но описанию первичного биохимического дефекта, лежаще-

го в основе патогенеза заболевания; в тех случаях, когда это

возможно, остановимся на разрабатываемых программах

генной терапии.

Краткость клинического описания рассматриваемых

заболеваний обусловлена существованием в отечественной

литературе достаточного количества посвященных этим во-

просам монографий, руководств и обзоров (Давиденков,

1925; Калмыкова, 1976; Гехт, Ильина, 1982; Бадалян и др.,

1988; Гринио, Агафонов, 1997; Лобзин и др., 1998; Вельти-

щев, Темин, 1998). Однако во всех этих изданиях практичес-

ки отсутствуют сведения о молекулярно-генетических осно-

вах заболеваний нервной системы. Наиболее полно генети-

ческие аспекты освещены в руководстве по наследственным

болезням нервной системы, выпущенном в 1998 году под

редакцией академика РАМН Ю. Е. Вельтищева и профессо-

ра П. А. Темина. Современный обзор по молекулярным ос-

новам прогрессирующих миодистрофий опубликован в жур-

нале Неврологии и психиатрии им. С. С. Корсакова (Иллари-

ошкин, Иванова-Смоленская, 1998). Тем не менее в целом

сведения по молекулярной неврологии в русскоязычной ли-

тературе носят чрезвычайно фрагментарный характер. В то

же время молекулярная неврология — это одна из наиболее

динамично развивающихся областей медицинской генетики,

в которой накоплен огромный фактический материал. Этот

материал, по нашему мнению, достаточен для определен-

ных обобщений. Мы не претендуем на полноту охвата всех

исследований, проводимых в области молекулярной невро-

логии, но постарались отразить основные тенденции в раз-

витии этой науки. Большая часть результатов, изложенных в

данной монографии, имеет фундаментальное значение, хотя

часть сведений может устареть уже к моменту выхода книги

из печати.

В мировой литературе имеются расхождения в назва-

нии многих моногенных болезней, существуют определенные

трудности в их клинической диагностике, а некоторые ред-

кие заболевания, выделяемые в самостоятельные формы

лишь на базе молекулярно-генетического анализа, отечест-

венным специалистам практически неизвестны. С учетом

этого в большинстве случаев после названия каждого опи-

сываемого заболевания мы указали его энциклопедический

номер (MIM), соответствующий составленному В. Мак-Кью-

сиком каталогу генов и моногенных болезней человека

(«Mendelian inheritance in man. Catalogs of autosomal dominant,

autosomal recessive, and X-linked phenotypes»). Исключение

составляют только те заболевания, которые были выделены

в самостоятельные нозологические формы после выхода

последнего издания каталога в 1997 г. Номера MIM позволя-

ют, на наш взгляд, избегать путаницы в определении конкрет-

ного моногенного заболевания. Обозначения генов также

соответствуют каталогу В. Мак-Кьюсика. В большинстве слу-

чаев рядом с названием гена в скобках мы даем расшифров-

ку его обозначения, подчеркивая те буквы, которые входят в

аббревиатуру.

В монографии использована одна из универсальных

систем обозначения мутаций, рассчитанная на запись ами-

нокислотных замен в белках. При этом каждая аминокислота

обозначается однобуквенным символом (табл. 1). Располо-

женный в центре номер соответствует месту замены в це-

почке первичного продукта трансляции, слева записывается

нормальный вариант аминокислоты, справа — мутантный.

Например, запись C283Y означает замену цистеина на тиро-

зин в 283 положении белка. Так записываются различные

варианты аминокислотных замен при миссенс мутациях. Бук-

вой X обозначается место остановки синтеза полипептидной

цепи при нонсенс мутациях. Например, запись R49X означа-

ет прекращение трансляции на месте аргинина в 49 положе-

нии белка.

Таблица 1

Символы аминокислот

Аминокислоты

Трехбуквенный

Однобуквенный

символ символ

Алании

Ala

Аргинин

Arg R

Аспарагин

Asn

Аспарагиновая кислота

Asp

Asn и/или Asp

Asx В

Цистеин

Cys

Глутамин

Gin

Глутаминовая кислота

Glu

Gin и/или Glu

Glx

Глицин

Gly

Гистидин

His

Изолейцин

Лейци

Leu

Лизин

Lys

Метионин

Met

Фенилаланин

Phe

Пролин

Pro

Серин

Ser S

Треонин

Thr

Триптофан

Trp

Тирозин

Tyr

Валин

Val

Книга адресована врачам-неврологам, педиатрам, ме-

дицинским генетикам, преподавателям и учащимся медицин-

ских вузов, а также слушателям факультетов усовершенст-

вования врачей, специализирующимся в области невроло-

гии. Чтение монографии требует знания основ молекуляр-

ной генетики человека в объеме учебных пособий — В. Н.

Горбунова, В. С. Баранов «Введение в молекулярную диаг-

ностику и генотерапию наследственных заболеваний» (СПб.:

«Специальная литература», 1997) или В. Н. Горбунова «Мо-

лекулярные основы медицинской генетики», (СПб.: «Интер-

медика», 1999). Для облегчения восприятия материала кни-

га снабжена словарем генетических терминов, составленным

в алфавитном порядке.

Глэвэ 1

БОЛЕЗНИ МЫШЦ.

МЫШЕЧНЫЕ ДИСТРОФИИ

И МИОПАТИИ

1.1. Общая характеристика

Наследственные заболевания, в основе которых лежит

первичное нарушение мышечной ткани, объединены в боль-

шую группу, именуемую миопатиями. В основе клиники ле-

жит атрофия мышц, мышечная слабость, снижение глубоких

рефлексов. Типичны системность поражения поперечно-по-

лосатых мышц и прогрессирующий характер течения заболе-

вания. Миопатии — наиболее часто встречающаяся патоло-

гия в большой группе наследственных нервно-мышечных за-

болеваний. Будучи сходными по клиническим признакам, ми-

опатии являются разнородными заболеваниями, отличающи-

мися типом наследования, особенностями мышечного мета-

болизма, иногда специфическими изменениями структуры

мышечного волокна. Сходство клинических проявлений ми-

опатии, в первую очередь, относится к особенностям пере-

движения больных, их типичной походке, моторике верхних

конечностей, туловища, обусловленных начальным вовлече-

нием в патологический процесс мышц тазового и плечевого

пояса, проксимальных отделов конечностей, туловища. Ат-

рофии мышц, сопровождающиеся прогрессирующей мышеч-

ной слабостью, постепенно усиливаются, вовлекая в симме-

тричный процесс всё новые мышечные группы. Дегенератив-

ные изменения, происходящие в мышечной ткани, ведут к

развитию мышечных и сухожильных ретракций, усиливающих

Деформации конечностей. Особенно опасны для жизни боль-

ного поражения сердечной мышцы и мускулатуры, участву-

ющей в процессе дыхания. Сходство клинической картины

миопатии относится только к кардинальным признакам. Каж-

дое из нозологически самостоятельных заболеваний имеет

клинические особенности, позволяющие с достаточной точ-

ностью установить диагноз.

За последние годы в изучении наследственной мышеч-

ной патологии отмечены существенные сдвиги, благодаря

внедрению современных методов анализа тонкой структуры

мышечной ткани и особенностей ее метаболизма. Но наибо-

лее значительные успехи связаны с разработкой современ-

ных генетических технологий, позволяющих осуществлять

поиск и идентификацию дефектных генов с последующей воз-

можностью проведения молекулярной диагностики мутаций

у пациентов и описанием первичных биохимических нару-

шений, лежащих в основе развития патологических процес-

сов. В свете этих достижений более оптимистичными пред-

ставляются подходы к рациональному лечению некоторых

форм миопатии, включая перспективы использования ген-

ной терапии.

Общим свойством генов, дефектных при миопатиях,

является их экспрессия в скелетных мышцах. С использова-

нием современных молекулярно-генетических технологий

построена предварительная карта генов, экспрессирующих-

ся в скелетных мышцах человека (Pallavicini et al., 1997). В

процессе построения этой карты были идентифицированы

1945 индивидуальных генов, 725 из которых не имели гомо-

логии с уже известными генами человека. Затем была опре-

делена хромосомная локализация 267 этих неизвестных ге-

нов. Кроме того, для построения геномного транскрипцион-

ного профиля скелетных мышц человека была использова-

на информация о положении на карте дополнительных 242

экспрессирующихся последовательностей^ соответствующих

известным генам. Оказалось, что некоторые гены кластери-

рованы на разных хромосомах. Хромосомы 17, 19, 21 и X

значительно обогащены генами, экспрессирующимися в мыш-

цах, по сравнению с другими хромосомами. Избирательная

концентрация экспрессирующихся генов в некоторых хромо-

сомах и в специфических районах отдельных хромосом мо-

жет быть обусловлена существованием батарей генов, нахо-