Введение к работе
Актуальность проблемы Прогрессирующие аутосомно-доминантные спиноцеребеллярные атаксии (АД СЦА) - это генетически и клинически гетерогенная группа нейродегенеративных заболеваний, обусловленных атрофическими изменениями в мозжечке и других отделах головного и спинного мозга. Их общей характеристикой является прогрессирующее расстройство координации движений, во многих случаях ассоциированное с офтальмоплегией, пирамидными и экстрапирамидными знаками, деменцией, пигментарной ретинопатией и периферической нейропатией [Conner К.Е. et al., 1993; Zoghbi H.Y., 2000; Yong-Xing Z. et al. ; 2001 Иллариошкин СИ. и др., 2006]. Клиническая вариабельность АД СЦА связана с их значительной генетической гетерогенностью: к настоящему времени картировано 26 хромосомных локусов (AD SCAs), в 16 из которых идентифицированы мутантные гены. В 10 из этих генов мутации представляют собой экспансию внутригенных микросателлитных повторяющихся последовательностей, в остальных 6-х генах это - различные точковые мутации. Известны и семьи с СЦА с неустановленной локализацией генов, существует и значительное число спорадических случаев заболевания с неизвестным генетическим дефектом [Иллариошкин СИ. и др., 1995, 2002; 2006; Willems Р., 1994; Brice А., 1998; Stevanin G. et al., 2000]. Заболевание встречается повсеместно, с распространенностью 1 на 100 тыс. населения в среднем в мире, но с широкой популяционной вариабельностью значений распространенности как всей группы АД СЦА, так и ее отдельных генетических форм [Иллариошкин СИ. и др., 2006].
Диагностика СЦА основана на клиническом, семейном анализе. Из параклинических методов исследования дифференциально-диагностическое значение принадлежит методам нейровизуализации: компьютерной томографии (КТ), магнитно-резонансной томографии (МРТ) головного мозга, исключающим аномалии развития, последствия сосудистой патологии и травм, неопластические и прочие состояния. Совокупность изменений, выявляемых при КТ/МРТ-исследованиях, могут в ряде случаев позволить заподозрить ту или иную форму и наметить последовательность генов, подлежащих исследованию для установления ДНК-диагноза [Яхно Н.Н., 2007; Savoiardo М. et al., 1990; Friedman M.J. et al., 2006]. Дополнительную информацию также представляют данные ЭМГ и ЭНМГ-исследований, позволяющие выявлять диагностически значимые признаки сенсорной и моторно-сенсорной невропатии, или денервации скелетных мышц. Информативно офтальмологическое исследование при выявлении пигментной
4 ретинопатии или атрофии зрительных нервов и некоторые другие методы исследования при длительном течении. Однако, учитывая значительное разнообразие генетических вариантов АД СЦА, редкость многих его форм, и, соответственно, недостаточную изученность гено-фенотипических корреляций, эти методы, даже в совокупности с клиническими исследованиями, не позволяют определить точный вариант заболевания. Точная диагностика возможна только с помощью методов ДНК-анализа, позволяющих как идентифицировать генетические формы АД СЦА у больных, так и проводить пресимптоматическую и пренатальную диагностику в отягощенных семьях, что особенно важно в связи с тяжелым инвалидизирующим течением заболевания и отсутствием эффективных методов его лечения. Учитывая вышесказанное, комплексные эпидемиологические исследования АД СЦА в конкретных регионах, включающие определение распространенности заболевания, генетическую идентификацию его отдельных форм и детальное описание их клинической картины являются основой для оптимизации генетического консультирования этой группы заболеваний в соответствующих регионах и вносят вклад в познание этиопатогенеза заболевания в целом. В Республике Башкортостан - одной из многонациональных республик Волго-Уральского региона России, - эпидемиологические и молекулярно-генетические исследования спиноцеребеллярных атаксий ранее не проводились, но представляют значительный теоретический и практический интерес в связи с существующей генетической подразделенностью населения и своеобразием генофонда отдельных, проживающих здесь популяций.
Одним из важных аспектов молекулярно-генетических исследований болезней «экспансии» является изучение характера полиморфизма локусов, содержащих повторяющиеся последовательности в соответствующих генах, в популяциях среди здоровых лиц. Такой анализ направлен на познание механизмов возникновения и распространения болезней «экспансии» в популяциях человека. Предполагается, что чем больше в популяции аллелей SCA гена с числом повторов, близким к верхней границе нормы («переходных» аллелей), являющихся более нестабильными и склонными к дальнейшей экспансии, тем выше может быть частота соответствующей мутации в данной популяции [Takano Н. et al., 1998, пит. по Иллариошкин С.Н. и др., 2006]. Для СЦА1 определяющим фактором в этом отношении может служить и частота в популяции аллелей гена SCA1 с отсутствием САТ-вставок, прерывающих (САС)п-последовательность и служащих стабилизирующим фактором для (САС)п-тракта. Однако до сих пор эти вопросы остаются на уровне предположений, а наибольшее число популяционных
5 исследований нормального числа тринуклеотидных повторов касается гена SCA1, ответственного за наиболее частую форму заболевания. Волго-Уральский регион в этом плане также ранее не был изучен. Поэтому анализ полиморфизма генов АД СЦА в этом регионе является актуальной проблемой, разработка которой способствовала бы разрешению ряда важных вопросов, связанных с механизмами возникновения и распространения заболевания.
В связи с вышеизложенным, были определены цели и задачи исследования.
Целью работы является оптимизация подходов к диагностике и медико-генетическому консультированию прогрессирующих аутосомно-доминантных спиноцеребеллярных атаксий в Республике Башкортостан на основе изучения их распространенности, клинических и молекулярно-генетических особенностей.
Задачи исследования:
Провести клиническое и генеалогическое обследование больных и их родственников в семьях с прогрессирующими спиноцеребеллярными атаксиями из Республики Башкортостан.
Провести анализ числа микросателлитных повторов в генах ATXNl(SCAl), ATXN2(SCA2), ATXN3(SCA3), CACNL1A4(SCA6), PPP2R2B(SCA12), TBP(SCA17) и DRPLA у больных с АД СЦА из Республики Башкортостан.
Изучить особенности клинических проявлений и данных МРТ-исследования при разных генетических вариантах заболевания.
Провести анализ распределения числа микросателлитных повторов в генах ATXNl(SCAl), ATXN2(SCA2), ATXN3(SCA3), CACNL1A4(SCA6), PPP2R2B(SCA12), TBP(SCA17) и DRPLA у здоровых индивидуумов в популяциях Волго-Уральского региона.
Оценить распространенность прогрессирующих спиноцеребеллярных атаксий и распределение отдельных генетических форм заболевания в Республике Башкортостан.
Научная новизна исследования:
Впервые получены оценки распространённости спиноцеребеллярных атаксий в Республике Башкортостан, с учетом административно-территориальной и этнической подразделейности населения.
Впервые в семьях больных СЦА из РБ проведено комплексное клинико-генетическое обследование, включающее анализ клинической картины и данных МРТ, и исследование семи генов (ATXNl(SCAl), ATXN2(SCA2), ATXN3(SCA3), CACNL1A4(SCA6), PPP2R2B(SCA12), TBP(SCA17) и DRPLA), ответственных за развитие заболевания. В результате данного исследования выявлены семьи с
СЦА1 и СЦА6; определен вклад этих генетических форм в структуру аутосомно-доминантных спиноцеребеллярных атаксий в исследуемом регионе. Описаны особенности клинической картины больных из семей с выявленными типами СЦА при определенных значениях числа (CAG)n повторов в соответствующих генах. Клиническая картина СЦА1, при экспансии в 45 копий CAG- повторов, складывалась из динамической и статико-локомоторной атаксии, спастического тетрапареза, более выраженного в ногах, вестибулярной дисфункции и расстройств речи по типу мозжечковой дизартрии. Глубокая чувствительность снижена на нижних конечностях. Изменения со стороны глубоких рефлексов и тонуса мышц указывали на вовлечение задних канатиков спинного мозга и пирамидных путей. Клиническая картина СЦА6, при экспансии 25 копий CAG-повторов, складывалась из нарастающей мозжечковой статико-локомоторной атаксии с расстройством координации движений в руках, мозжечковой дизартрии и вестибулярной дисфункции в виде приступов системного головокружения и нистагма. Изменения со стороны глубоких рефлексов указывали на вовлечение пирамидного тракта, что типично для АД СЦА.
Впервые в выборках здоровых индивидов из трех популяций РБ -русских, башкир и татар, - проведено изучение полиморфизма локусов (САТ)П- повторов гена SCA1, (CAG)n- повторов генов SCA2, SCA3, SCA6, SCA12, SCA17 и DRPLA; установлена частота «длинных» аллелей, что, наряду со сведениями о распространенности соответствующих типов АД СЦА, вносит вклад в познание механизмов возникновения экспансии микросателлитных последовательностей. Изучение полиморфизма локуса (CAG)n- повторов гена SCA1 проведено также в одиннадцати популяциях Волго-Уральского региона (три этногеографические группы башкир, татары, русские, чуваши, удмурты, мари, коми, две этногеографические группы мордвы). Сравнительный анализ полученных данных с таковыми по ряду других популяций мира позволил подтвердить предположение о решающей роли числа САТ-вставок в последовательности CAG-повторов гена SCA1 в процессе возникновения С AG- экспансии. Существующее предположение о зависимости распространенности АД СЦА от числа «длинных» аллелей генов AD SCA не было подтверждено для СЦА2 и СЦАЗ, но не было исключено для СЦА6.
Научно-практическая значимость работы:
Полученные оценки распространенности СЦА важны для совершенствования системы специализированного неврологического наблюдения, медицинской и социально-реабилитационной помощи больным и их семьям в
7 исследованном регионе. Выявление этиологической основы заболевания у больных, а также носителей мутантного гена способствует проведению ранних лечебно-профилактических мероприятий, позволяющих отсрочить клиническую манифестацию заболевания или замедлить темпы его прогрессирования. Кроме того, является необходимым условием для проведения пренатальной диагностики с целью профилактики повторных случаев заболевания в семьях.
Результаты проведенного исследования вносят определенный вклад в геногеографичекое картирование наследственной патологии на территории одного из крупных регионов России.
Внедрение результатов исследования в практику
Разработанные формализованная карта и регистр по спиноцеребеллярным атаксиям используются в медико-генетической консультации Республиканского перинатального центра г.Уфы.
Материалы работы с 2008 г. включены в программу обучения врачей-интернов, клинических ординаторов, аспирантов кафедры неврологии с курсом нейрохирургии и медицинской генетики Башкирского государственного медицинского университета.
Положения, выносимые на защиту:
Неравномерное территориальное и этническое распространение спиноцеребеллярных атаксий в Республике Башкортостан.
Невысокая распространенность генетических форм СЦА1 и СЦА6 в Республике Башкортостан, отсутствие форм СЦА2, СЦАЗ, СЦА12, СЦА17 и ДРПЛА.
Отсутствие четких клинических различий у больных СЦА с разными типами наследования. Преобладание в клинической картине СЦА1 и СЦА6 в РБ статико-локомоторной атаксии с расстройством координации движений в руках, спастического тетрапареза (СЦА1), вестибулярной дисфункции в виде приступов системного головокружения (СЦА6) и нистагма, расстройств речи по типу мозжечковой дизартрии. Изменения со стороны глубоких рефлексов и тонуса мышц указывают на вовлечение задних канатиков спинного мозга и пирамидного тракта, что типично для АД СЦА.
Отсутствие САТ-вставок в нормальной последовательности С AG-повторов в гене SCA1 является основным фактором, предрасполагающим к возникновению экспансии CAG-повторов, приводящей к развитию заболевания.
Характеристика полиморфизма локусов С AG- повторов в гене SCA1 в одиннадцати популяциях Волго-Уральского региона, в генах SCA2, SCA3, SCA6,
8 SCA12, SCA17 и DRPLA - в популяциях русских, башкир и татар из РБ; гетерогенность исследуемых популяций по распределению частот аллелей генов SCA1, SCA3, SCA6 и SCA12.
6. Для генов SCA2 и SCA3 не подтверждено предположение о зависимости распространенности соответствующих заболеваний в популяциях от частоты «длинных» («переходных») аллелей локусов С AG-повторов; для гена SCA6 такая зависимость не исключена.
Апробация работы
Основные положения диссертации были представлены на конференциях Европейского общества генетиков человека (ESHG) (Ницца, 2007; Барселона, 2008), школе-семинаре «Биомика-наука XXI века» (Уфа, 2007), школе молодых ученых «Геномика и эволюция» (Звенигород, 2008), XX Международном конгрессе генетиков (Берлин, 2008), 8-ой Балканской конференции по генетике человека (Хорватия, 2009), V съезде Российского общества генетиков и селекционеров им. Н.И. Вавилова (Москва, 2009), на ученом совете Института биохимии и генетики УНЦ РАН 22 октября 2009 года.
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 9 работ, из них 2 статьи - в изданиях, рекомендованных ВАК.
Структура и объем диссертации
Работа изложена на 156 страницах машинописного текста. Состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, результатов и обсуждения, заключения, выводов и списка литературы, включающего 215 источников, из них 187 работ зарубежных авторов. Диссертация иллюстрирована 37 рисунками и 24 таблицами, дополнена приложением (6 стр.).
