Понятие о молекулярных болезнях, их причинах, методах диагностики и скрининге

Молекулярные болезни (генные)– заболевания, в основе которых лежат нарушения в структуре молекул ДНК, то есть генные мутации.

Причины: генные мутации, или изменения в молекуле ДНК, происходят нарушения в синтезе молекул белка (ферментных, транспортных и структурных).

Применяются два метода диагностики:

1. биохимический метод (используются жидкие среды организма – кровь, моча, спинномозговая жидкость (ликвор), слюна, миконий);

2. скрининг-тест (в основном на фенилкетонурию).

Скрининг

Скрининг – метод, направленный на выявление заболеваний у клинически бессимптомных лиц в популяции.

Цель скрининга — по возможности раннее выявление заболеваний, что позволяет обеспечить раннее начало лечения в расчёте на облегчение состояния пациентов и снижение смертности. Несмотря на то, что скрининг способствует ранней диагностике, не все скрининговые методы демонстрируют однозначную пользу. Среди нежелательных эффектов скрининга — возможность гипердиагностики или ошибочной диагностики, создание ложного чувства уверенности в отсутствии болезни. По этим причинам скрининговые исследования должны обладать достаточной чувствительностью и допустимым уровнем специфичности.

Различают массовый (универсальный) скрининг, к которому привлекаются все лица из определённой категории (например, все дети одного возраста) и селективный скрининг, применяемый в группах риска (например, скрининг членов семьи в случае выявления наследственного заболевания).

Скрининговые методы качественные и должны быть специфичными. Важно правильно выбрать время скрининга: в доклинический период развития заболевания, то есть в досимптомный период, когда возможно эффективное лечение.

В практике мирового здравоохранения используются 2 типа просеивающих программ:

1. Среди новорожденных на нарушение аминокислотного обмена – аминоацидопатии, галактоземию, гипотиреоз, муковисцидоз и недостаточность α ₁ – антитрипсина.

2. Среди определенных расовых и национальных групп на гетерозиготное носительство болезни Тея-Сакса, серповидно-клеточной анемии и талассемии.

Кроме того, показанием к скринингу у новорожденных в любом случае служат такие нарушения, как судороги, летаргия, кома, трудности кормле­ния, рвота, двигательные беспокойства, необычный запах, катаракта и др.

 

48. Основные генные болезни человека:

- нарушения аминокислотного обмена (фенилкетонурия, алкаптонурия, альбинизм);

- нарушения углеводного обмена (галактоземия, фруктоземия, врожденный сахарный диабет):

- нарушения липидного обмена (болезнь Тея-Сакса, атеросклероз);

- нарушения транспортных белков (гемоглобинопатии, болезнь Вильсона- Коновалова);

- нарушения минерального обмена (наследственная форма рахита);

- аномалии структурных белков (синдром Элерса-Данлоса).

1. Нарушения аминокислотного обмена

а) Фенилкетонурия

Это наследственное заболевание было описано в 1934 г. И.А. Феллингом и поэтому оно называется также болезнью Феллинга.

Тип наследования: аутосомно-рецессивный.

Причина: в основе заболевания лежит генная мутация, сопро­вождающаяся дефектом фермента фенилаланин-4-гидролазы. В связи с этим нарушается превращение фенилаланина в тирозин и в крови накапливается избыточное количество фенилаланина, в то же время снижается уровень тирозина. Кроме того, происходит повышение перевода фенилаланина в фенилпировиноградную кислоту, которая выводится с мочой. Все это сопровождается нарушением миелинизации нервных волокон спинного и головного мозга и недостаточной продукцией адреналина, норадреналина, меланина.

Клиника: новорожденный внешне нормальный, но в первые же недели жизни отмечается повышенная возбудимость, гипертонус мышц и дрожание, судорожные припадки. Позже, к 4-5 месяцам, отмечается умственная отста­лость, просветление волос, кожи. От ребенка исходит специфический "мыши­ный" запах.

Диагностика. Скрининг-тесты. Тест Феллинга – на обмоченную ребенком пеленку капают раствор трехвалентного железа. Появляется темно-зеленое пятно. В России введена федеральная программа скрининга, основанная на флюорометрическом методе определения фенилаланина в крови. Используются высушенные на бумаге капли капиллярной крови новорожденного, взятой на 3-5 день после рождения. Используется бумага хроматографическая или фильтровальная. В дальнейшем диагноз подтверждается определением количества фенилаланина в крови с установленной периодичностью. Так как ген фенилкетонурии секвенирован, для большинства семей возможны молекулярно-генетическая пренатальная диагностика и выявление гетерозигот.

Лечение: в случае подтверждения диагноза ребенку немедленно назначают диету, исключающую фенилаланин. Диета искусственная – препараты безфенилаланиновые, например, афенилак, тетрафен – 40 и др. Если диетотерапию назначить вовремя, то не отмечается никаких клинических признаков задержки развития ребенка. С 9-11 лет диета может быть существенно расширена, но они остаются под наблюдением специалиста-генетика. Это особенно актуально для женщин, т.к. повышенный уровень фенилаланина в их крови токсичен для внутриутробного развития плода.

б) Алкаптонурия

Заболевание описано в 1902 г. А. Гэрродом (Англия).

Тип наследования: аутосомно-рецессивный.

Причина: недостаточность фермента оксидазы гомогентизиновой кислоты. В итоге блокируется звено в расщеплении тирозина, когда гомогентизиновая кислота должна превращаться в малеилацетоуксусную кислоту. В итоге в крови накапливается гомогентизиновая кислота, которая пропитывает соединительнотканные структуры и интенсивно выводится с мочой.

Клиника: развиваются упорные, не поддающиеся лечению полиартриты, приводящие к тугоподвижности суставов. Это является следствием пропитывания суставных хрящей гомогентизиновой кислотой. Хрящи при атом становятся ярко оранжевого цвета. Симптомы заболевания начинают проявляться к 40 годам. Развивается патология позвоночника. Кроме того гомогентизиновая кислота откладывается в клапанах сердца, что с возрастом приводит к развитию пороков сердца.

Диагностика: скрининг-тест: моча на воздухе темнеет, особенно, если в нее добавить щелочь (тест А. Гэррода).

в) Альбинизм

Тип наследования: аутосомно-рецессивный.

Причина: недостаточная активность или полная инактивация фермента тирозиназы, расщепляющего тирозин. В итоге блокируется его превращение в меланин.

Клиника: белая кожа и волосы, глаза имеют красно-розового цвета радужку, вследствие отсутствия пигментных клеток и просвечивания кровеносных сосудов. Альбиносы имеют повышенную чувствительность к солнечным лучам, у них развиваются фото дерматиты чаще, чем у других людей, рак кожи.

 

2. Нарушения углеводного обмена

а) Галактоземия

Впервые описана в 1908 г. Ройсом.

Тип наследования: аутосомно-рецессивный.

Причина: неусвоение молочного сахара галактозы вследствие отсутствия фермента уридилтрансферазы. В итоге в крови накапливается галакто­за, которая оказывает на организм токсическое действие.

Клиника: как только ребенок начинает получать молоко, появляется рвота, падает вес, увеличивается селезенка и печень, развивается слабоумие. Клиника может быть от тяжелой до стертых форм. Заболевание можно лечить диетой – исключить из пищи молоко и другие продукты, содержащие галакто­зу.

Диагностика: повышено как содержание в крови, так и выделение с мочой галактозы. Скрининговый тест дорогой - проводится органичено.

б) Фруктоземия

Тип наследования: аутосомно-рецессивный.

Причина: в основе лежит недостаточность или снижение активности фермента, расщепляющего фруктозу (фруктозо-1-фосфатальдолаза). В итоге, фруктоза, накапливаясь в организме, оказывает токсическое действие.

Клиника: клинические симптомы появляются, когда детям начинают давать фруктовые соки. Развивается отсутствие аппетита, рвота, прекращение роста, частые обмороки, умственная отсталость. Без лечения дети погибают на 2-6 месяце жизни.

Диагностика: в моче обнаруживается фруктоза, в крови фруктоза повышена, глюкоза - понижена. Нагрузка фруктозой вызывает резкое ухудше­ние состояния.

Лечение: исключить из пищи фруктозу.

в) Врожденный сахарный диабет

3. Нарушения липидного обмена

а) Болезнь Тея-Сакса (Амавротическая идиотия )

Заболевание впервые описано Теем (1881) и Саксом (1887).

Тип наследования: аутосомно-рецессивный.

Причина: болезнь развивается вследствие блокады лизосомных ферментов, обеспечивающих расщепление высокомолекулярных гликолипидов (ганглиозидов) в различных тканях и особенно в головном мозге.

Клиника: по времени проявления клинических симптомов различают: раннюю детскую, позднюю детскую, юношескую и позднюю формы. Ранняя детская форма проявляется с 4-6 месяцев. Дети ста­новятся апатичными, развивается обездвиженность, судороги, не поддающиеся противосудорожной терапии, падает зрение и к концу 1 -го года развивается слепота. Интеллект снижается до идиотии. Смерть обычно наступает к 3-4 годам. На глазном дне - атрофия соска зрительного нерва. Поздняя детская начинается в 3-4 года, смерть наступает через несколько лет; юношеская начинается в 6-10 лет, смерть до 18-20 лет; поздняя начинается в молодом возрасте, длится 10-15 лет и тоже заканчивается смертью.

Лечение: рациональное лечение амавротической идиотии отсутствует.

б) Атеросклероз

Тип наследования: неполный доминантный, или аутосомно-рецессивный.

Клиника: характерно раннее (в возрасте 15-20 лет) развитие атеросклеротического процесса с клинической картиной стенокардии, инфаркта миокарда. В крови отмечается повышенный уровень холестерина. Однако клинически симптомы могут значительно варьировать в зависимости от дие­ты, стрессогенных и других факторов.

4. Нарушения транспортных белков

а) Гемоглобинопатии

Это наследственно обусловленные заболевания крови, сопровождающиеся появлением в эритроцитах патологических форм гемоглобина.

В настоящее время описано более 50 форм разновидностей патологических гемоглобинов, в основе которых лежат генные мутации, сопровождающиеся заменой одной аминокислоты другой или нарушением последовательности аминокислот, входящих в состав гемоглобина.

Изучение гемоглобинопатий началось с 1949г., когда впервые была описана серповидноклеточная анемия, в основе которой лежит замена аминокислоты валина глутаминовой кислотой в 6-м положении β цепи, что приводит к образованию аномального гемоглобина HbS. Наследование аутосомно-доминантное, однако, если гомозиготы по гену серповидноклеточной анемии оказываются нежизнеспособными, гетерозиготные носители этого гена в обычных условиях клинически здоровы, аномалия при этом начинает проявлять себя в условиях пониженного парциального давления кислород, (например, в горах). И гомо- и гетерозиготы устойчивы к малярии.

Отдельную группу гемоглобинопатий составляют талассемии, при которых мутации не затрагивают структуру молекулы гемоглобина, но приводят к уменьшению содержания глобина или полному его отсутствию. При полном отсутствии глобина в молекуле гемоглобина наступает гибель плода а при недостатке глобина развивается гемолитическая анемия в первые недели жизни, а также гипохромная анемия (в эритроцитах мало нормального гемоглобина).

Клиника при этом варьирует от тяжелых форм, рано приводящих к смерти, до стертых форм. Как правило, при талассемиях отмечается значительное увеличение печени и селезенки, отставание в физическом развитии.

б) Болезнь Вильсона-Коновалова

Впервые описана Вильсоном в 1911г..Н.В. Коновалов, учитывая кли­нику этого заболевания, называет его гепатоцеребральной дистрофией.

Тип наследования: аутосомно-рецессивный.

Причина заболевания - дефицит транспортного белка церулоплазмина, обеспечивающего транспорт меди в организме, что приводит к повышению концентрации меди в крови.

Клиника: клинически заболевание может проявляться в возрасте от 6 до 50лет. Отмечается повышенное накопление меди в головном мозге, печени, почках, радужке глаза и дегенеративные изменения в этих органах. Первым симптомом может быть увеличение печени и селезенки, а также зелено-бурого цвета кольца вокруг радужной оболочки. Позже проявляются неврологические симптомы: нарушения речи и глотания, повышение мышечного тонуса, дрожание конечностей. Отмечается снижение интеллекта, изменение поведения. Постепенно развивается цирроз печени и асцит (выход в брюшную полость жидкости).

Диагноз ставится на основании клинических симптомов и пониженного содержания в крови церулоплазмина.

Лечение связано с уменьшением поступления меди в организм и усилением ее выведения с мочой и желчью.

5. Нарушения минерального обмена

а) Наследственная форма рахита

Тип наследования доминантный, сцепленный с Х-хромосомой. Однако, встречается и аутосомно-рецессивный тип наследования.

Причина: при Х-сцепленной форме рахита причиной заболевания является снижение обратного всасывания (реабсорбции) в почечных канальцах из первичной мочи фосфатов.

Клиника: клинически заболевание проявляется в конце первого года жизни или на втором году, когда дети начинают ходить. Заболевание напоминает обычный рахит, но размягчение костей охватывает в основном нижние конечности, которые искривляются и принимают варусное положение в коленях (развернуты кнаружи колесом). Походка неуверенная, утиная, в тяжелых случаях дети не могут ходить, но, в отличие от обычного рахита, общее состояние детей страдает незначительно. При биохимическом исследовании плазмы крови обнаруживается пониженный уровень фосфатов (гипофосфатемия) при нормальном количестве кальция.

Диагностика: обнаружение в моче повышенного содержания фосфатов (гиперфосфатурия).

6. Аномалии структурных белков

а) Синдром Элерса-Данлоса

Впервые описан Элерсом (1901) и Данлосом (1908).

Тип наследования: встречается и аутосомно-доминантный, и аутосомно-рецессивный – гетерогенная наследственная болезнь; описано 10 типов синдрома, из которых 1-4-й, 7-й, 8-й – аутосомно-доминантные; 6-й – аутосомно-рецессивный; 5-й и 9-й – рецессивные. Х-сцепленные.

Причина: причиной заболевания является дефект коллагена (белка, обуслов­ливающего прочность соединительнотканных структур).

Клиника: отмечается повышенная растяжимость кожи особенно на лице и в области больших суставов, гиперподвижность суставов, разрывы связок и кровеносных сосудов. Возможна недоношенность беременности, вследствие разрывов в плодных оболочках. Имеется наклонность к кровоизлияниям и внутренним кровотечениям. Заболевание сопровождается аневризмой аорты, дивертикулами пищевода, вывихом хрусталика, аномалиями зубов. Первые проявления заболевания начинаются в детском возрасте.

 

49. Болезни экспансии, вызываемые "динамическими" мутациями.

Экспансия тринуклеотидных повторов – это патологическое увеличение числа копий внутригенных тандемных последовательностей, состоящих из 3-х нуклеотидов; этот тип мутаций называется также динамическими мутациями.

В 1991 году у человека был обнаружен этот новый тип мутаций - "динамические мутации" и связанные с ними наследственные заболевания- болезни экспансии. Суть этих мутаций заключается в нарастании числа триплетных повторов, расположенных в регуляторной или кодирующей (транскрибируемой) части генов. Впервые такой тип мутации был обнаружен при молекулярном анализе фрагильной (ломкой) Х-хромосомы, наследственная передача которой не подчиняется обычным менделевским законам. Позже аналогичные «динамические» мутации были описаны и при семи других наследственных заболеваниях, контролируемых генами, расположенными в разных хромосомах. Все синдромы с данной мутацией имеют ряд общих признаков, позволяющих объединить их в одну группу. Прежде всего, для триплетных повторов, экспансия которых блокирует функцию гена, характерен выраженный популяционный полиморфизм, когда число повторов может варьировать от единиц до нескольких десятков. Другая особенность этих мутаций - доминантный тип наследования, характерный как для Х-сцепленных, так и для аутосомных генов.

Предполагают, что динамические мутации происходят во время мейоза и затрагивают чаще всего гены с изначально большим числом повторяющихся триплетов. При этом нередко сигналом к экспансии является утрата негомологичного, в норме разделяющего цепочку монотонных повторов, триплета.

Результатом экспансии триплетов в одних случаях является блокирование генной экспрессии, а в других - появление белковых продуктов с аномальными функциями. Болезни экспансии характеризуются феноменом антиципации, смысл которого заключается в нарастании тяжести симптомов заболевания в последующих поколениях, что является результатом дальнейшего увеличения (экспансии) числа триплетов после того, как их количество превысило нормальное. Например, в случае синдрома ломкой X-хромосомы (синдром Мартина-Белла) мутантный ген фрагильности, расположенный в плече q, содержит свыше 200 повторов триплетов CGG/CCG (Хq 27.3) при норме5-50 повторов или свыше 900 повторов триплетов GCC/GGC(Хq 28) при норме 12-26 повторов. При этом для некоторых заболеваний характерна передача болезни по материнской линии (например, миотоническая дистрофия), а для других -преимущественно по отцовской линии (хорея Гентингтона).

Практически для всех динамических мутаций характерно поражение головного мозга и особенно подкорковых структур, что сопровождается, как минимум, той или иной степенью слабоумия. Тяжесть заболевания и его начало четко коррелирует с числом повторов.