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

Подождите немного. Документ загружается.

ности является снижение активности фермента до 30—70%

по сравнению с нормой. В настоящее время описано более

60 различных доминантных мутаций в гене SOD1 у пациен-

тов с боковым амиотрофическим склерозом.

Характер мутационных повреждений в SODI-гене вли-

яет на клинические особенности проявления бокового амио-

трофического склероза, прежде всего на возраст начала и

длительность течения заболевания. Так, пенетрантность од-

ной из миссенс-мутаций — D90A, расположенной в 4-м экзо-

не гена SOD1, составляет не более 38%, что не исключает

возможности ее рецессивного наследования (Anderson et al.,

1995). Другая миссенс-мутация — I113T обнаружена в не-

скольких спорадических случаях бокового амиотрофическо-

го склероза. Детальный анализ соответствующих семей по-

казал, что это унаследованная, а не вновь возникшая мута-

ция, обладающая крайне низкой пенетрантностью и экспрес-

сивностью. Мутация D90A преимущественно распростране-

на в Швеции и в Финляндии и может встречаться в семьях

как с рецессивным, так и с доминантным характером насле-

дования. Так, эта мутация была идентифицирована в 20 ис-

следованных семьях с рецессивным и в 8 с доминантным ха-

рактером наследования, что доказывает участие эффекта

основателя в ее распространении (Al-Chalabi etal., 1998). Для

объяснения этого парадокса выдвинуто предположение о

существовании другого тесно сцепленного с SOD1 гена, ко-

дирующего некий протективный фактор, способный модифи-

цировать токсический эффект мутантых форм СОД1.

5. Модельные линии животных

Дальнейший успех в исследовании молекулярных ос-

нов патогенеза бокового амиотрофического склероза свя-

зан с конструированием трансгенных линий мышей с му-

тациями в гене супероксиддисмутазы (Dal Canto, Gurney,

1994; Ripps et al 1995; Wong et al., 1995). В четырех таких

линиях удалось добиться экспрессии одного из мутантных

аллелей, идентифицированных у пациентов с боковым ами-

251

отрофическим склерозом, — A4V, G93A, G37R и G86R со-

ответственно. В пятую трансгенную линию был введен нор-

мальный ген SOD1 человека. Гиперэкспрессия любого из

введенных мутантных аллелей, в отличие от гиперэкспрес-

сии аллеля дикого типа, приводила спустя 3—4 месяца к

развитию у мышей фенотипа, сходного с боковым амиот-

рофическим склерозом. Интересные данные были получе-

ны в опытах по трансгенному разрушению гомологичного

Sod1 — гена у мышей (Reaume et al., 1996). Было показа-

но, что отсутствие супероксиддисмутазной активности у

трансгенных животных не препятствует нормальному раз-

витию двигательных нейронов, но значительно увеличива-

ет скорость гибели клеток при повреждении аксонов. По-

видимому, функции Cu/Zn-СОД связаны с защитой нейро-

нов и, возможно, других типов клеток в условиях физиоло-

гического стресса. У трансгенных мышей со специфичес-

кой мутацией G85R в гене Sod1 появлению фенотипичес-

ких аномалий предшествует образование в цитоплазме ас-

троцитов и двигательных нейронов белковых СОД1 -содер-

жащих включений, имеющих плотный центральный кор, а

также более мелких СОД1-иммунореактивных белковых аг-

регатов (Bruijn et al., 1997).

6. Патогенетические механизмы действия мутаций в гене

SQD1

Предложено несколько возможных механизмов для

объяснения действия мутаций в SODI-гене при семейном

боковом амиотрофическом склерозе. Согласно первой ги-

потезе, снижение активности СОД1 ведет к накоплению

токсических супероксидных радикалов. По другой гипоте-

зе, активность СОД1 может быть повышена, в результате

чего увеличивается уровень перекиси водорода в клетках,

и при его взаимодействии с металлами, такими как Fe, по-

являются высокотоксичные гидроксильные радикалы. При

изучении кристаллической структуры СОД1 обнаружено,

что мутации, как правило, расположены не в каталитичес-

252

ком центре, а затрагивают участки консервативного взаи-

модействия, важные для правильной конформации белка

и образования димерных контактов. Это в некоторой сте-

пени объясняет доминантный характер наследования бо-

кового амиотрофического склероза. В эритроцитах гете-

розиготных носителей мутаций активность СОД составля-

ет около 50% нормы, что находится в соответствии с пред-

положением о нарушении образования димерной структу-

ры зрелого белка.

В опытах in vitro было показано, что мутантные формы

СОД1 значительно быстрее, чем нормальные, катализируют

уменьшение содержания перекиси водорода, то есть дейст-

вуют как пероксидазы (Wiedau-Pazos et al., 1996). Возмож-

но, увеличение пероксидазной активности мутантной СОД1

является приобретенной токсической функцией, играющей

критическую роль в патогенезе семейных форм бокового

амиотрофического склероза, ассоциированных с СОД1. Пред-

ложены и другие гипотезы для объяснения механизма изби-

рательной гибели двигательных нейронов при боковом ами-

отрофическом склерозе.

В прямых экспериментах показано, что каждая из

двух миссенс-мутаций в гене SOD1 — G85R и G93A, ис-

пользованных для успешного моделирования бокового ами-

отрофического склероза на трансгенных животных, при-

водит к образованию мутантного белка, способного взаи-

модействовать с несвойственными для СОД1 метаболита-

ми (Kunst et al., 1997). В частности, мутантные формы

СОД1, в отличие от форм дикого типа, взаимодействуют с

транслокон-ассоциированным белком дельта (TRAPdelta)

и с лизил-тРНК-синтетазой (KARS). Оба эти белка активно

экспрессируются в эмбриогенезе в тканях головного и

спинного мозга. Взаимодействия между мутантным СОД1

и белками TRAPdelta и KARS могут реализоваться в виде

нарушения клеточной локализации или функционирования

одного или нескольких из этих трех белков. Подобный при-

мер не является исключением. Аберрантные взаимодей-

253

ствия мутантных белков показаны для некоторых других

доминантных нейродегенеративных заболеваний, в част-

ности для хореи Гентингтона и денто-рубральной паллидо-

люисовой дегенерации. Доминантный характер наследова-

ния бокового амиотрофического склероза, по-видимому,

определяется тем, что мутации в SOD1 приводят к образо-

ванию продукта, обладающего новыми функциями, нару-

шающими нормальный метаболизм СОД1.

Дестабилизация конформационной структуры мутант-

ной СОД1 может сопровождаться ее агрегацией и форми-

рованием комплексов, преципитирующих в двигательных

нейронах. Такая возможность не исключена, если учесть,

что СОД1 относится к числу мажорных белков, составляю-

щих от 0.5 до 1% всех цитоплазматических белков нейро-

нов. Более того, в астроцитах и в клетках Шванна спинно-

го мозга некоторых пациентов, умерших от бокового ами-

отрофического склроза, обнаруживаются внутриклеточные

включения, подобные тельцам Леви. Эти образования об-

ладают СОД1-иммунореактивностья>. Мы уже отмечали, что

подобные образования формируются в астроцитах и в дви-

гательных нейронах трансгенных мышей со специфичес-

кой мутацией в гене Sod1. Причем по мере прогрессиро-

вания двигательных нарушений, сходных с клиникой боко-

вого амиотрофического склероза, количество нераствори-

мых белковых включений возрастает и одновременно

уменьшается концентрация глиального глютаматного транс-

портера (GLT-1). Подобно тельцам Леви при болезни Пар-

кинсона и синильным бляшкам при болезни Альцгеймера

эти цитоплазматические включения содержат убикитин и

синуклеин, пептидный фрагмент которого обладает значи-

тельными амилоидогенными свойствами. Накопление не-

растворимых убикитин-устойчивых белковых агрегатов в

клетках центральной и периферической нервной системы

рассматривается в настоящее время как один из общих

патогенетических механизмов процесса нейродегенера-

254

ции. Однако это предположение требует дальнейшей экс-

периментальной проверки.

7. Другие генетические формы бокового амиотрофического

склероза

Следует подчеркнуть, что далеко не во всех семьях с

боковым амиотрофическим склерозом находят сцепление

заболевания с локусами 21 хромосомы. Это неудивительно,

если учесть клиническую гетерогенность заболевания. Так,

в большой тунисской семье с ювенильной формой бокового

амиотрофического склероза и рецессивным характером на-

следования найдено сцепление гена ALS2 с ДНК-маркерами

длинного плеча хромосомы 2, что позволило отнести ген ALS2

в область 2q33-q35 и поместить его между генами COL3A1 и

CRYG, находящимися на расстоянии 20-25 сМ друг от друга

(Hentati et al., 1992; Hentati et al., 1994).

В Пакистане описана рецессивная форма бокового ами-

отрофического склероза с дебютом в возрасте от 3 до 23 лет.

Локус ALS4, ответственный за данную рецессивную форму

бокового амиотрофического склероза типа IV, еще не иден-

тифицирован, но исключено его сцепление с маркерами длин-

ного плеча хромосом 2 и 21.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящем издании мы ограничились описанием толь-

ко моногенных форм и потому не включили сюда такую боль-

шую группу нервно-мышечных заболеваний, как миастении. Мы

вернемся к описанию этой патологии в пятой части моногра-

фии при рассмотрении молекулярно-генетических основ муль-

тифакториальных болезней нервной системы, в этиологии ко-

торых наряду с генетическими компонентами значительный

вклад вносят средовые факторы. Во второй части монографии

будут расмотрены заболевания с преимущественным пораже-

нием мозжечка, пирамидной и экстрапирамидной системы.

Отдельная глава будет посвящена болезням экспансии. В тре-

тьей части мы рассмотрим вопросы молекулярной нейроонко-

логии. Основное внимание в этой книге будет уделено описа-

нию генетических основ канцерогенеза применительно к опу-

холям нервной системы. Отдельная глава будет посвящена

молекулярно-генетической характеристике болезней нервной

системы, связанных с дефектами онкогенов. В заключитель-

ном разделе этой книги коснемся вопросов лечения и прежде

всего генотерапии опухолей нервной системы. Четвертая часть

монографии будет посвящена патологии нервной системы в

структуре синдромального поражения: наследственные дефек-

ты обмена аминокислот и углеводов, лизосомные болезни на-

копления и др. В этой книге мы коротко остановимся на наибо-

лее частых хромосомных болезнях человека с преимуществен-

ным вовлечением в патологический процесс нервной системы.

В пятой части мы планируем рассмотреть принципиальные под-

ходы к расшифровке молекулярно-генетической природы фор-

мирования риска развития некоторых мультифакториальных

заболеваний нервной системы, прежде всего таких как болезнь

Альцгеймера, болезнь Паркинсона, рассеянный склероз, ин-

сульт, некоторые формы эпилепсии и миоклонус-эпилепсии, при-

оновые болезни. В заключительном разделе этой части остано-

вимся на общих метаболических основах патогенеза тех болез-

ней нервной системы, молекулярная природа которых стала

известна после идентификации соответствующих генов.

256

Список литературы

Бадалян Л. О. Детская неврология. М.: Медицина, 1984. 571с.

Бадалян Л. О., Темин П. А., Заваденко Н. Н. и др. Прогрессирующие

мышечные дистрофии у детей и подростков: проблемы патоге-

неза, диагностики, лечения и профилактики (обзор). М., ВНИ-

ИМИ серия: охрана материнства и детства), 1988. 64 с.

Баранов А. Н., Киселев А. В., Иващенко Т. Э. и др. Особенности

трансфекции и экспрессии кДНК гена дистрофина человека,

доставленного в мышцы мышей mdx с помощью синтетических

микросфер MF-2 // Генетика. 1998. Т. 34.С.1—6.

Баранов В. С, Тарасенко О. В., Баранов А. Н. и др. Экспрессия

гена дистрофина человека в мышечных волокнах мышей mdx

после трансфекции с помощью липосом и синтетических оли-

гипептидов // Генетика. 1998. Т. 34. № 7. С. 876—882.

Вельтищев Ю. Е., Темин П. А., Белозеров Ю. М. и др. Наследствен-

ные болезни нервной системы. М.: Медицина. 1998.496 с.

Гехт Б. М., Ильина Н. А. Нервно-мышечные болезни. М.: Медицина,

1982. 352 с.

Горбунова В. Н. Молекулярные основы медицинской генетики. СПб.:

Интермедика. 1999.211 с.

Горбунова В. Н., Баранов В. С. Введение в молекулярную диагнос-

тику и генотерапию наследственных заболеваний. СПб.: Спе-

циальная литература, 1997.287 с.

Гринио Л. П. Клинические формы, вопросы патогенеза и медико-

генетического консультирования дюшенновской миодистрофии.

Дис. докт. мед. наук. М.: 1976.

Гринио Л. П., Агафонов Б. В. Миопатии. М.: Медицина, 1997.216 с.

Давиденков С. Н. Наследственные болезни нервной системы. Гос.

изд-во Украины. 1925.

Давиденков С. Н. Проблема полиморфизма наследственных болез-

ней нервной системы. Л.: Изд-во ВИЭМ. 1934.138 с.

Давиденков С. Н. Клинические лекции по нервным болезням. Мед-

гиз.

1952. 254 с.

Дрознина Т. А. Клинико-генетические исследования псевдо-гиПер-

трофической формы прогрессирующей мышечной дистрофии.

Дис. канд. мед. наук. Л. 1970.

Евграфов О. В., Макаров В. Б. ДНК-диагностика наследственных

заболеваний // Итоги науки и техники. Генетика человека. 1991

Т. 9. С. 53—126.

Зеленин А. В., Тарасенко О. В., Колесников В. А. и др. Экспрессия

гена дистрофина человека в скелетных мышцах мышей mdx

после баллистической трансфекции// Генетика. Т. 34. № 6.

С. 730—736.

Зинченко А. П., Лобзин В. С, Бузиновский И. С. Наследственные

формы миотоний и миотонические синдромы. Киев. Здоровье,

1979.152 с.

Иллариошкин С. Н., Иванова-Смоленская И. А. Молекулярные ос-

новы прогрессирующих мышечных дистрофий //Журн. неврол.

и психиатр. 1998. Т. 98. С. 55—62.

Красильников В. В. Медико-генетическое консультирование семей

с больными мышечной дистрофией Дюшенна. Дис. канд. мед.

наук. М. 1989.

Лобзин В. С, Сайкова Л. А., Шиман А. Г. Нервно-мышечные болез-

ни. СПб.: Гиппократ, 1998. 224 с.

Малышева О. В., Иващенко Т. Э., Васильева Т. Н. и др. Изучение

аллельного полиморфизма и анализ гаплотипов гена мышеч-

ной протеинкиназы у жителей Северо-Западного региона Рос-

сии и у больных миотонической дистрофией // Генетика. 1998.

Т. 34. № 2. С. 295—299.

Михайлов В. M., Зеленин А. В., Штейн Г. И. и др. Дифференцировка

мышечных волокон мышей mdx после баллистической транс-

фекции кДНК гена дистрофина человека// Цитология. 1998.

Т.40. С. 394—400.

Савельева-Васильева Е. А. Детская спинальная амиотрофия Верд-

нига-Гоффмана (клинико-генетическое исследование). Дис.

докт. мед. наук. Л. 1972.

Шишкин С. С. Наследственные нервно-мышечные болезни. M. 1997.

132 с.

Abbs S., Roberts R. G., Mathew С. G., Bentley D. R., Bobrow M. Accurate

assessment of introgenic recombination frequency within the

Duchenne muscular dystrophy gene// Genomics. 1990. Vol.7.

P. 602—606.

Abbs S., Yau S. C, Clark S., Mathew C. G., Bobrow M. A convinient

multiplex PCR system for the detection of dystrophin gene deletions:

258

a comparative analysis with cDNA hybridisa-tion shows mistyping

by both methods// J. Med. Genet. 1991. Vol. 28. P. 304—311.

Acsadi G., Dickson G., Love D. R. et al. Human dystrophin expression

in mdx mice after intramuscular injection of DNA construction//

Nature, 1991. Vol. 352. P. 815—818.

Acsadi G., Massie В., Jani A. Adenovirus-mediated gene transfer into

striated muscles//J.Mol.Med. 1995. Vol. 73. P. 165—180.

Adballa J. A., Casley W. L, Hudson A. J. et al. Linkage analysis of

candidate loci in autosomal dominant myotonia congenita//

Neurology. 1992. Vol. 42. P. 1561—1564.

Adlkofer K., Martini R., Aguzzi A. et al. Hypermyelination and

demyelinating perepheral neuropathy in Pmp22-deficient micce//

Nature Genet. 1995. Vol. 11. P. 274—280.

Ahn A. H., Kunkel L. M. The structural and functional diversity of

dystrophin// Nature Genet, 1993. Vol. 3. P. 283—291.

Ahn A. H., Kunkel L. M. Syntrophin binds to an alternatively spliced exon

dystrophin//J. Cell Biol. 1995. Vol. 128. P. 363—371.

Alan W. Relation of hereditary pattern to clinical severity as illustrated

by peroneal atrophy//Arch. Intern. Med. 1939. Vol. 63. P. 1123—

1131.

Al-Chalabi A., Andersen P. M., Chioza B. et al. Recessive amyotrophic

lateral sclerosis families with the D90A SOD1 mutation share a

common founder: evidence for a linked protective factor// Hum. Mol.

Genet. 1998. Vol. 7. P. 2045—2050.

Allamand V, Sunada Y., Salih M. A. M. et al. Mild congenetal muscular

dystrophy in two patients with an internally deleted laminin alpha2-

chain// Hum. Mol. Genet.1997. Vol. 6. P. 747—752.

Anderson P. M., Nilsson P., Ala-Hurula V. et al. Amyotrophic lateral

sclerosis associated with with homozygosity for an Asp90Ala

mutation in Cu/Zn-superoxide dismutase// Nature Genet. 1995.

Vol. 10. P. 61—66.

Apel E. D., Roberds S. L., Campbell K. P., Merlie J. P. Rapsyn may

function as a link between the acetylcholine receptor and the argin-

binding dystrophin-glycoprotein complex// Neuron, 1995. Vol. 15.

P. 115—126.

Arahata K., Hoffman E. P., Kunkel L. M. et al. Dystrophin diagnosis:

comparison of dystrophin abnormalities by immunofluorescence and

259

immunoblot analysis// Proc. Natl. Acad. Sci. 1989. Vol. 86.

P. 7154—7158.

Arikawa E., Hoffman E. P., Kaido M. et al The frequency of patients with

dystrophin abnormalities in a limb-girdle patient population//

Neurology, 1991. Vol. 41. P. 1491—1496.

Arts W. F., Bethlem J., Volkers W. S. Futher investigations on benign

myopathy with autosomal dominant inheritance// J. Neurol. 1978.

Vol.217. P. 201—206.

Ashizawa T, Dubel J. R., Harati Y. Somatic instability of CTG repeat in

myotonic dystrophy// Neurology. 1993. Vol. 43. P. 2674—2678.

Badorf C, Lee G. H., Lamphear B. J. et al. Enteroviral protease 2A

cleaves dystrophin: evidence of cytoskeletal disruption in an

acquired cardiomyopathy// Nature Med. 1999. Vol. 5. P. 320—323.

Bakker E., Good N., Wrogemann K. et al. Prenatal diagnosis and carrier

detection of Duchenne muscular dystrophy with closely linked

RFLPs// Lancet. 1985. March 23. P. 655—658.

Bakker E., Veenema H., Dunnen J.T. et al. Germinal mosaicism increase

the recurrence risk for 'new' Duchenne muscular dystrophy

mutations//J. Med. Genet. 1989. Vol. 26. P. 553—559.

Banker B. Q. In Engel A. G., Franzini-Amstrong C. (eds), The congenital

muscular dystrophy// McGraw-Hill Book Company. 1994. N. Y.

P. 1275—1289.

BarS., Bamea E., Levy Z.et al. A novel product of the Duchenne muscular

dystrophy gene which greatly differs from the known isoforms in its

structure and tissue distribution// Biochem. J. 1990. Vol. 272.

P. 557—560.

Baranov V. S., Gorbunova V. N., Malisheva О. V. et al. Dystrophin gene

analysis and prenatal diagnosis of Duchenne muscular dystrophy

in the Russia// Prenat. Diagn. 1993. Vol. 13. P. 323—333.

Baranov V., Zelenin A., Tarasenko O. et al. Human dystrophin gene

expression in mdx muscles after in vivo ballistic transfection,

application of synthetic oligopeptide complexes and cationic

liposomes// NATO ASI Series. 1998. Vol. H 105 Gene Therapy.

P. 219—223.

Barton-Davis E.R., Gordier L., Shoturma D.I. et al. J. Clin. Invest. 1999.

Vol. 104. P. 375—381.

260