Диагностика и лечение аутизма, исходя из особенностей генетического фона и метаболического статуса Украинский институт клинической генетики ХНМУ Член-корреспондент НАМН Украины, д. м. н. , профессор Е. Я. Гречанина 1
Генетические основы многих болезней человека с высочайшей степенью успеха изучены последние 20 лет. Признание ВООЗ, что основой соматического, психического и репродуктивного здоровья является геномное здоровье способствовало этому успеху. По мнению H. Y. Zoghbi et A. L. Beaudet (2010) изучение взаимоотношений генотипа и фенотипа бросает вызов клиницистам и исследователям поскольку некоторые наблюдения не так просто поддаются объяснению. 2
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ГЕНОВ Ген 1 ACGTAGCTAG Ядерная ДНК Ген 2 Митохондриальная ДНК ACGTAGCTAG Замена фрагмента гена Ген 2 ACGAGСCTAG ГЕНОМНОЕ ЗДОРОВЬЕ ЭПИГЕНЕТИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ ВНЕШНЕСРЕДОВЫЕ ФАКТОРЫ 3
Геномное здоровье = соматическое, психическое и репродуктивное здоровье. 4
Вскрыта роль эпигенома (изменений генетической информации без изменений последовательности нуклеотидов ДНК) как в нормальной, так и в патологической физиологии генома. 5
Трудом многих исследователей доказано, что основой большого числа наследственных болезней являются эпигенетические мутации, которые могут изменять метилирование ДНК. 6
По свидетельству Эллиса взаимоотношения между геномом и эпигеномом человека расширили ассортимент типов молекулярных событий, которые вызывают заболевания человека. Они могут быть мутациями de novo (возникшими впервые) или унаследованными из предыдущих поколений, генетическими или эпигенетическими и могут быть результатом влияния внешнесредовых факторов. 7
Появление убедительной информации о том, что внешние факторы (прежде всего - характер питания) изменяют эпигеном (метилирование ДНК) приблизило нас к пониманию патогенеза мультифакториальных заболеваний человека и прежде всего – неврологических нарушений и психических болезней. 8
На заре возрождающейся в нашей стране генетики известный психиатр, пофессор Бочериков попросил меня, начинающего генетика, доказать, что психические нарушения материальны. Достаточно продолжительный профессиональный путь привел к этому пониманию. 9
Перед нами стоят проблемы тысячи детей. Как говорит Френсис Коллинз, секвенировавший геном «… у нас нет альтернативы – мы должны прямо взглянуть на стоящие перед нами проблемы, постараться выяснить все тонкости, учесть точку зрения всех, кого это касается, и сделать все возможное для достижения согласия. Необходимость добиться здесь успеха – еще одна причина, на которой нам нужно примирить нынешний антогонизм между разными точками видения проблемы, и чем скорее, тем лучше. Пусть в обсуждении звучат (все) голоса, пусть стремяться к взаимопониманию, а не стараются перекричать друга» . 10
Аутизм становиться одной из глобальных проблем человечества. На нем замкнулись многочисленные стороны самой жизни – и физической, и духовной. Он требует от нас срочного развития и внедрения новой парадигмы медицины 4 х «Р» - предиктивной, прогностической, профилактической, партнерской. 11
Родители детей с аутизмом и врачи становятся партнерами. И чем скорее это партнерство закрепиться, тем быстрее будет решена проблема. Родители – круглосуточные дежурные у своих детей, поэтому их информация бесценна, хотя порой требует врачебной коррекции. Как только установиться резонанс между партнерами, заговорит очередной «аутенок» . 12
Врач, получивший информацию из анализа и оценки фенотипа пациента, должен стать во главе треугольника «ребенок-родители-врач» со всей вытекающей ответственностью в процессе поиска истины. С этих позиций я позволяю себе проанализировать наш путь к пониманию аутизма и стремлению помочь семье. Каждый, кто услышит нас, будет услышан нами. 13
Аутизм – гетерогенный синдром, который характеризуется нарушениями в 3 центральных доменах (фр. Domaine- — область): 1. Социальное взаимодействие 2. Речь 3. Круг интерессов и выраженной генетической и фенотипической гетерогенностью. 14
Аутизм – наиболее тяжелый результат группы нарушений развития нервной системы, который относится к растройствам аутистического спектра (ASD). Частота распространенности ASD 37 на 10 000 Преобладают мальчики, особенно в клинически тяжело выраженных случаях. Частота аутизма 13 на 10 000. Соотношение у мужчин и женщин 4: 1 (при тяжелых формах 1: 1) Частота синдрома Аспергера 2, 6: 10 000 Соотношение у мужчин и женщин 8: 1 15
Основной характер современных знаний об ASD – их неопределенность. Необходимо много параллельных подходов для того, чтобы понять генетические факторы, которые лежат в основе ASD: 1. Исследование всего генома; 2. Ассоциативные исследования; 3. Выявление мутаций; 4. Расширение клинико-генетического обследования пробандов и их родственников 16
Установленная генетическая основа аутизма: 1. Рост количества публикаций, подтверждающих, что мутации или структурные изменения в любом из нескольких генов, могут значительно увеличить риск заболевания. 2. Если у ребенка установлен аутизм, то риск для семьи в 25 раз выше. 3. У сибсов и родителей больного ребенка более вероятно, чем в контрольной группе, наблюдаются тонкие когнитивные поведенческие особенности, которые подобны тем, что наблюдаются у пробандов. 4. Независимые исследования близнецов показывают конкордантность для монозиготных близнецов 70 -90 %, для дизиготных близнецов от 0 до 10%. 17
Молекулярные исследования генов, идентифицированных к настоящему времени показывают, что ни одного молекулярного объяснения не будет достаточно. 18
Многие исследователи указывают на системный характер нарушений в развитии ASD. Различное влияние материнской и отцовской 15 q 11 при ASD является важным подтверждением цитогенетических нарушений. Предполагается, что различные молекулярные события существуют на уровне систем. 19
В последние годы обнаруживается все большее число синдромов, ассоциированых с аутизмом (Таб. 1). 20
Таблица 1: Синдромы ассоциированные с ASD № п/п Синдромы 1 Гены ассоциирован ные с синдромами Пропорции пациентов с синдромами, сопровождаю щиеся ASD Пропорции пациентов с ASD, которые имеют указанные синдромы 15 q dup UBI 3 A Синдром Ангельмана (и другие) >40 1, 2% 2 16 p 11 del Ген неизвестен высокая -1% 3 22 q del SHANK 3 высокая -1% 4 Синдром кортикальной дисплазии фокальной эпилепсии CNTNAP 2 ~ 70% редкие 5 Фрагильная Х-хромосома FMR 1 25% мужчин; 6% - женщин 1 -2% 21
Таблица 1 (продолжение): Синдромы ассоциированные с ASD № п/п Синдромы Гены Пропорции ассоциированные с пациентов с синдромами, сопровождающиес я ASD Пропорции пациентов с ASD, которые имеют указанные синдромы 6 Gobart синдром GOUBIRT, 25% многие локусы редкие 7 Potocki-Lubski синдром хромосомы uos 17 р 11 ~ 90% не известно 8 Смита-Лемли-Опица синдром DHSA 7 50% редкие 9 Cиндром Ретта MISP 2 Все индивидуумы, имеющие синдром Ретта ~ 0, 5% 10 Тимоти синдром SASNAIS 60 -80% не известно 11 Туберозный склероз TSC 1, TSC 2 20% ~1% 22
Генный полиморфизм – генетическое событие, при котором в наших генах изменяется их строение и это влияет на функцию белков. Если изменяется лишь одна буква в генетическом коде, это называется однонуклеотидным полиморфизмом. • 23
Генетический полиморфизм ферментов обмена гомоцистеина (Г. Р. Акопян) НАЗВАНИЕ ФЕРМЕНТА ГЕН KОФЕРМЕНТ МУТАЦИИ Methyltetra-hydrofolate reductase MTHFR Vit. B 9 Vit. B 2 C 677 T (Ala to Val) A 1298 C ЗАБОЛЕВАНИЯ Тромбоэмболия Дефекты нервной трубки Сахарный диабет Рак (Asp to Gly) Vit. B 12 A 2756 G Тромбоэмболия Колоректальный рак Злокачественные лимфомы Methionine synthase MTR Methionine synthase reductase MTRR Сystathionine-βsynthase CBS Cystathionine-γ-lyase CSE / CBL Врожденная цистатионинурия Methionine adenosyltransferase MAT I / III Гиперметионинемия Glycine Nmethyltransferase deficiency GNMT Патологыя печени S-Adenosyl-homocysteine hydrolase SAHH Задержка психического развития, неврологические 24 отклонения, гепатит, миопия A 66 G Vit. B 6 Ile to Thr Gly to Ser Сердечно-сосудистые Гомоцистинурия
Полиморфизмы генов фолатно-метионинового цикла Гипергомоцистеинемию нашли у каждого третьего из обследованных пацациентов с ИХС и прееклампсией. Установлено высоко вероятные генотипы предрасположенности к гомоцистеин-асоциированной тромбофилии при условии их оценки по 4 -ом полиморфным локусам MTHFR С 677 T_A 1298 C / MTR 2756 AG / MTRR 66 AG: CT_AA/AA/GG, CT_AC/AA/GG , CС_AA/AA/GG , CT_AC/AA/AA , CС_AC/GG/GG, CC_AC/AA/AG, CC_AA/AA/AG. Риск развития гипергомоцистеинеми вероятно ассоциируется с носительством AA генотипа MTR и GG генотипа MTRR. Носителям 4 -х и больше мутантных аллелей MTHFR, MTRR показаный мониторинг содержание гомоцистеина в плазме крови. Необходимость верификации гипергомоцистеинемии с применением теста нагрузки с метионином. 25
Все биохимические процессы в клетке осуществляются с помощью циклов, среди них фолатный цикл, который приобрел позиции ключевого: метаболизм фолатов является основой метаболизма клетки (Г. Р. Акопян) 26
В этом цикле осуществляется: Синтез нуклеиновых кислот; - Синтез биологически активных веществ: адреналина, мелатонина, креатинина, фосфолипидов, полиаминов (спермитидины и спермины), глютаминовой кислоты, дигидротетрагидробиоптерина, оксида азота; - Эпигенетические изменения ДНК (метилирование) ДНК, РНК, хроматина, аминокислот, белков, липидов. - 27
Мы предположили и подтвердили, что если в организме человека активность фермента фолатного цикла – метилентетрагидрофолатредуктазы снижена, это приводит к нарушению метилирования (включения и выключения генной активности) и тогда запускаются многие наследственные и мультифакториальные синдромы. • 28
В основу исследования для обеспечения его доказательности было положено: создание единой информационной базы, замыкающей на себе все уровни профилактики наследственной патологии на всех этапах онтогенеза. 29
Ассоциация семей с хромосомной патологией ПРЕНАТАЛЬНЫЙ ЦЕНТР Центр дородового воспитания ОБЛАСТНОЙ ПУЛЬМОНОЛОГИЧЕСКИЙ ЦЕНТР Ассоциация семей с муковисцидозом ОНКОГЕНЕТИЧЕСКИЙ ЦЕНТР ХАРЬКОВСКИЙ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЙ МЕДИКОГЕНЕТИЧЕСКИЙ ЦЕНТР (практическая база) УКРАИНСКИЙ ИНСТИТУТ КЛИНИЧЕСКОЙ ГЕНЕТИКИ, КАФЕДРА МЕДИЦИНСКОЙ ГЕНЕТИКИ ХНМУ (научная база) Ассоциация семей со спинальной мышечной атрофией Ассоциация семей с фенилкетонурией ОБЛАСТНОЙ МЕТАБОЛИЧЕСКИЙ ЦЕНТР Служба ургентной биохимической диагностики Центр исследований эпигенетических болезней ЦЕНТР ПАТОЛОГИИ СОЕДИНИТЕЛЬНОЙ ТКАНИ Ассоциация семей с мукополисахаридозам и Ассоциация семей с органическими ацидуриями Ассоциация семей с митохондриальными болезнями 30
Сравнительная характеристика ВПР по данным мониторинга в Харьковской области за 2000 -2008 гг. 2000 г. Заболевание Аб. к. Ін. вад пок. 1. Анэнцефалия 2 0, 99 2. Спинномозговая грыжа 7 3, 49 3. Менингоцеле - - 4. Гидроцефалия 3 1, 49 5. Микроцефалия 5 2, 49 6. Анотия - - 7. Анофтальмия 1 0, 49 8. Микрофтальмия 2 0, 99 2001 г. А б. к. ва д 2002 г. Ін. пок. А б. к. ва д 3 1, 53 5 2003 г. Ін. пок. А б. к. ва д 3 1, 45 2, 55 6 1 0, 53 9 2004 г. Ін. пок. А б. к. ва д 3 1, 38 2, 90 9 1 0, 48 4, 59 14 3 1, 53 - 2005 г. 2006 г. 2007 г. 2008 г. Ін. пок. А б. к. ва д Ін. пок. Аб. к. вад 2 0, 90 1 0, 41 1 0, 39 1 0, 36 11 4, 75 5 2, 07 12 4, 72 8 2, 9 - - - 3 1, 18 2 0, 72 13 5, 72 7 3, 56 13 5, 38 12 4, 72 8 2, 9 1, 85 5 2, 20 5 2. 97 9 3, 72 5 1, 96 5 1, 8 2 0, 92 1 0, 44 2 0, 90 4 1, 64 5 1, 96 3 1, 09 - - - - 1 0, 39 - - Ін. пок. Аб. к. вад 1 0, 44 4, 16 10 4, 40 1 0, 46 - 6, 78 10 4, 63 - - 4 - - 1 0, 48 Ін. пок. А б. к. ва д Ін. пок. 31 1 0, 53 1 0, 48 - - 1 0, 44 4 1, 79 4 1, 64 1 0, 39 2 0, 72
Частоты генотипов и аллелей полиморфных вариантов генов C 677 T MTHFR И A 66 G MTRR (n=4586) Популяционная выборка n=200, % Выборка пациентов n=4586, % Ожидаемая частота генотипов, % СТ 40. 7 1994/43, 48 1926. 12/ 42 ТТ 7. 04 416/9, 07 412. 74/ 9 СС 52. 26 2175/47, 42 2247. 14/ 49 Т 27. 39 30. 81 AG 43. 0 2015/43, 93 2248, 05/ 49 GG 35. 5 1615/35, 21 1490, 0/ 32, 5 AA 21. 5 955/20, 82 847, 95/ 18, 5 G 57. 0 57. 18 Генотипы и аллели Полиморфизмы С 677 Т MTHFR А 66 G MTRR AG 334/34, 61 341, 8/ 35, 4 GG 55/5, 69 51, 0/ 5, 3 AA 552/57, 20 572, 2/ 59, 3 G 23. 00 32
С 2008 года мы проводим очередной этап научного поиска в соответствии с выдвинутой гипотезой. Гипотеза: Влияние полиморфизмов мт. ДНК на выраженность МТХД происходит вследствие патологической трансформации полиморфизмов мт. ДНК на фоне измененного статуса метилирования как главного модификатора генома и наличия триггеров. 33
Метилирование ДНК Цитозин Гуанин 34
Метилирование биологически активных веществ 35
Фолатно-метиониновый цикл Все реакции метионинового цикла связаны с транссульфотированием гомоцистеина MAT I/III (B 12) !BHMT GNMT SAHH (B 6) (B 2) Бетаин выступает донором метильных групп в реакции реметилирования ГЦ при участии бетаин-гомоцистеин-метилтрансферазы. (Г. Р. Акопян ) CBL (B 6) 36
Гипергомоцистеинемия и нарушение метилирования (Г. Р. Акопян) 38
Гомоцистеин – мощный оксидант и модификатор белков Тиолактон гомоцистеина Снижает уровень и активность тиоредоксина, супероксид-дисмутазы, глутатион-пероксидазы, NO синтазы Повышает активность NAD(P)H-оксидазы О 2 Действует при нормальном уровне гомоцистеина и в на порядок менших (10 нмоль/л) концентрациях !!! Окисление ЛПНЩ Повреждение эндотелия + тромбогенез Образование атероматозной бляшки Модификация белков Тиолактоназа гомоцистеина или параоксоназа (PON 1) Может гидролизовать тиолактон гомоцистеина !!! 39
Метилирование признано главным модификатором генома, центральным путем всех метаболических событий в жизнедеятельности организма. Оптимизация функции метилирования по мнению A. Yasko (2010) становится моделью для управления генетическим полиморфизмом, который оказывает влияние на многие важные биологические события в организме. 41
ФУНКЦИЯ МЕТИЛИРОВАНИЯ: Метилирование ДНК необходимо для поддержания дифференциальной экспрессии отцовской и материнской копии генов, подверженных геномному импринтингу. 2. Для стабильного сайленсинга генов на неактивной Х-хромосоме. 1. 42
3. От метилирования ДНК зависят стабильная транскрипционная репрессия провирусных геномов и эндогенных ретротранспозонов. Метилирование ДНК участвует в установлении и поддержании тканеспецифичных паттернов экспрессии генов в ходе развития. Отсутствие метилирования ДНК уменьшает надежность поддержания числа хромосом, что приводит к хромосомным аберрациям. Гипометилирование ДНК вследствие воздействия ингибиторов ДНК-метилтранферазы приводит в эксперименте к исправлению некоторых форм опухолей. Образование других типов опухолей усиливается при гипометилировании ДНК. 43
Целостность систем метилирования определяет в значительной степени геномное, а значит и психическое, и физическое и репродуктивное здоровье. Появились исследования, которые проливают свет на то, как факторы внешней среды могут индуцировать эпигенетические изменения, которые могут иметь длительные биологические эффекты. En Li, Adrian Bira (2010) 44
Метилирование ДНК и нестабильность хромосом Ehrlich, 2003; Dobge et al, 2005 установили, что мутации DNMT 3 B у пациентов с синдромом ICF или инактивация Dnmt 3 b у мышей приводят к различным хромосомным аберрациям (структурным и числовым). Высказано предположение, что метилирование ДНК вносит вклад в точное расхождение хромосом и в его отсутствие (гипометилирование, деметилирование) чаще имеет место нерасхождение, приводящее к хромосомным нарушениям. 45
Альтернативная возможность состоит в том, что метилирование ДНК может подавлять экспрессию и рекомбинацию ретротранспозонов в геноме млекопитающих, тем самым защищая хромосомы от вредностей рекомбинации. 46
Идентификация нарушений фолатного цикла включает: Наследственную мальабсорбцию фолиевой кислоты, вызванную мутациями в гене, кодирующем транспортер фолиевой кислоты. 2. Дефицит формиминотрансферазы, вызванный мутацией в гене FTCD. 3. Дефицит метилентетрагидрофолат редуктазы, вызванный мутацией в гене MTHFR. 1. 47
4 -5. Дефицит функциональной метионин синтазы, как результат мутаций в гене MTR, поражающий именно метионин-синтазу (cbl. G) или мутаций, поражающих белок метионин синтазы редуктазы (cbl. E из-за мутации в гене MTRР). 6. Церебральный дефицит фолиевой кислоты, вызванный мутациями в гене FOLR 1. 7. Дефицит трехфункционального фермента, содержащего метилентетрагидрофолат дегидрогеназу, метилентетрагидрофолат циклогидролазу и формилтетрагидрофолат синтазу, вызванный мутациями в гене MTHFD 1 (Мак Гилл, Розенблатт и д-р Вотчинс). 48
Следует отметить, что гомозиготный характер полиморфизма означает более выраженную степень снижения активности фермента. Если человек является носителем специфической мутации, не всегда означает, что активность определенной функции обязательно снизится, SNP являются индикаторами потенциальных проблемных областей, которые могут проявляться самостоятельно или под влиянием триггеров или взаимодействия генов. 49
Так, дефекты в 5 - метилтетрагидрофолатгомоцистеин метилтрансферазе могут нарушить процесс детоксикации, в то же время токсические вещества, например, ртуть могут усугубить эффект за счет уменьшения активности метионин синтазы (MTR) и соответствующего снижения эффективности детоксикации. 50
Ниже приводится краткая информация о генах которые включены в Комплексную панель анализа метилирования (Amy Yasko, 2010) Мутации или однонуклеотидные полиморфизмы : Генные мутации – изменения затрагивающие последовательность одного гена. Мутации отличаются по размеру, затрагивающие от одной пары оснований до больших сегментов хромосом. Однонуклеотидные полиморфизмы это небольшие генетические изменения или варианты которые могут возникать в последовательности ДНК. Генетический код обозначается 4 -мя «буквами» А, Ц, Г, Т. SNP вариант происходит вследствие замены одного нуклеотида на другой. Наличие мутаций в генах кодирующих ферменты оказывает влияние на их продуктивность. Гомозиготные мутации это те мутации которые затрагивают обе копии гена, гетерозиготные мутации это те мутации которые затрагивают только одну из копий гена. Каждый из нас имеет две копии каждого гена полученного от каждого из родителей. Некоторые мутации повышают активность ферментов (такие как CBS) в то время как 51 другие могут снижать активность ( такие как МТГФР 677, 1298,
COMT V 158 M, H 62 H, 61 Основной функцией этого гена является участие в расщеплении дофамина. Дофамин – это нейротрансмиттер, принимающий участие в формировании поведенческих реакций и внимания. Дофамин способствует появлению приятных ощущений, поскольку вызывает чувство удовольствия, чем влияет на процессы мотивации и обучения. Дофамин вырабатывается во время позитивного мышления. COMT подвергаясь расщеплению приводит к образованию другого нейротрансмиттера – норэпинефрина. Соответствие между уровнем эпинефрина и уровнем дофамина вовлекается в ADD/ADHD; в дополнении уровень дофамина является важным в развитии таких заболеваний как болезнь Паркинсона. COMT также вовлекается в соответствующие преобразования эстрогена в организме. Активность COMT часто ассоциируют с чувствительностью к боли. Гомозиготы COMT могут быть более чувствительны к боли. 52
VDR/Taq and VDR/Fok (vitamin D receptor) Панель содержит часть рецепторов витамина D, Taq а также Фок сайтов. В то время как изменение Фок был связано с регуляцией сахара в крови, изменения Taq может повлиять на уровень дофамина . По этой причине важно, смотреть композицию статус COMT и VDR / Taq и делать выводы на основе совокупности результатов этих двух участков. Сосредоточить внимание на изменения в Фок часть VDR в отношении добавки, которые поддерживают поджелудочную железу и оказывают помощь в поддержании сахара крови в нормальном здоровом диапазоне. 53
MAO A R 297 R (monamine oxidase A): Мао участвует в расщеплении серотонина в организме. Как и дофамина, серотонин - нейромедиатор. Он связан с настроением, дисбаланс уровня серотонина ассоциируют с депрессией, агрессией, тревогой и ОCD поведения. Мао А локализован на X хромосоме и считается Х-сцепленным признаком, который не проявляется у мужчин. Так как Ххромосома к мужчине может прийти только от матери, это означает, что Мао-мутации отца (или их отсутствие) не играет роли у сына. Для женщин, так как одна хромосома наследуется от каждого из родителей, генетики, как правило, отражают Маостатус обоих родителей. 54
ACAT 102 (acetyl coenzyme A acetyltransferase): АСАТ играет роль в липидном обмене, способствует предотвращению накопления избыточного холестерина в определенных частях клетки в организме. АСАТ также участвует в образовании энергии в организме. Способствует распаду белков, жиров и углеводов из пищи, полученная энергия после чего, будет использоваться в жизнедеятельности. Кроме того, отсутствие АСАТ также может привести к истощению В 12, который необходим в цикле метилирования. ACE (angiotensin converting enzyme): Considered for all – No longer testing Различные факторы, в том числе и питание могут влиять на активность гена ACE, изменения которого могут привести к повышенному артериальным давлению. В исследованиях на животных была показана связь нарушения активности гена с повышенной тревожностью снижением памяти и процесса обучения. Повышенная активность ACE также может привести к выведению минералов в организме из-за снижения экскреции натрия в моче и повышенного выведения калия. Эта реакция также связана со стрессом, в ситуации хронического стресса может привести к дополнительным накоплениям натрия и увеличение экскреции калия. Этот избыток калия из организма при условии, что почки функционируют должным образом. В том случае, функция почек нарушена, это может привести к удержанию калия в организме. 55
MTHFR A 1298 C, C 677 T, 3 (methylenetetrahydrofolate reductase): Продукт гена MTHFR находится на критической точке в цикле метилирования. Участвует в нормализации уровня гомоцистеина. Некоторые мутации в гене MTHFR были хорошо охарактеризованы и ассоциированы с риском сердечно-сосудистых заболеваний, а также рака и может играть роль в уровне нейромедиаторов серотонина и дофамина. MTR A 2756 G/MTRR A 66 G, H 595 Y, K 350 A, R 415 T, S 257 T, 11 (methionine synthase/ methionine synthase reductase): Эти два продукта гена работают вместе, и участвуют в превращении гомоцистеина в метионин. Повышенные уровни гомоцистеина являются факторами риска в ряде патологий, включая болезни сердца, Альцгеймера и др. Как и в случае с COMT и VDR / Taq, MTR и MTRR следует изучать в паре друг с другом. Мутации в MTR может увеличить активность продукта этого гена так, что это приводит к большей потребляемости B 12 в качестве фермента. С другой стороны, последние публикации показывают, что A 66 G мутации в MTRR снижает активность фермента. Независимо от того, какая теория правильна, разрушающая цикл B 12 или нарушение активности функции метилирования в этой точке, в итоге во всех случаях используют B 12 в качестве добавки. 56
BHMT 1, 2, 4, 8 (betaine homocysteine methyltransferase): Продукт этого гена занимает центральное место в коротком пути метилирования, осуществляет реметилирование гомоцистеина в метионин. Деятельность продукта гена этого может влиять на стресс, на уровень кортизола и может играть роль в ADD / ADHD, влияя на уровни норэпинефрина. AHCY 1, 2, 19 (S adenosylhomocysteine hydrolase): Различные мутации в AHCY могут влиять на уровни гомоцистеина, а также аммиака в организме. CBS C 699 T, A 360 A, N 212 N (cystathionine-beta-synthase): Фермент CBS в основном действует как шлюз между гомоцистеином и нижней частью пути, который генерирует аммиак в организме. Есть некоторые положительные конечные продукты, которые создаются с помощью нижней частью пути метилирования, таких как глутатион и таурин, есть и отрицательные побочные продукты, такие как избыточный аммиак и сульфиты. В силу повышенной активности CBS, сульфиты которые являются токсичными для организма и 57 поставить дополнительную нагрузку на продукт гена SUOX.
SHMT C 1420 T (serine hydroxymethyltransferase): Продукт этого гена участвует в задании блоков, необходимых для синтеза новой ДНК и превращения гомоцистеина в метионин. В то время как блоки ДНК являются важными, мутации, которые влияют на способность регулировать продукт этого гена и тем самым, влияя на процесс метилирования, может вызвать накопление гомоцистеина, а также дисбаланс в других промежуточных соединениях в организме. NOS D 298 E (nitric oxide synthase): NOS фермент играет важную роль в детоксикации аммиака в цикле мочевины. Лица, которые гомозигтны по NOS обладают ферментом со сниженной активностью. NOS мутации могут влиять на регуляцию CBS вплоть до увеличения аммиака, который генерируется CBS. 58
SUOX S 370 S (sulfite oxidase): Продукт этого гена способствует детоксикации сульфитов в организме. Сульфиты генерируются как естественный побочный продукт цикла метилирования, а также поступают в организм с пищей. Сульфиты, консерванты на основе серы, которые используются для предотвращения или уменьшения обесцвечивание светлых фруктов и овощей, предотвращающие появлению черных пятен на креветках и омарах, подавляют рост микроорганизмов в ферментированных пищевых продуктах (например, вино), и способны поддерживать активность некоторых лекарственных препаратов. Сульфиты могут также использоваться для отбеливания пищевого крахмала, предотвращения ржавчины и накипи в бойлерах, которые используются для приготовления паровой пищи, и даже в производстве целлофана для упаковки пищевых продуктов. FDA считает, что один из ста людей сульфит чувствительны, и около 5 % страдают от астмы. Человек может столкнуться с проблемой сульфит чувствительности в любой момент жизни. 59
Было зарегистрировано много случаев сульфит-чувствительности, в связи с чем FDA требует, чтобы на этикетке продуктов была информация о содержании данных веществ. Ученые не указывает точно наименьшей концентрации сульфитов необходимых, чтобы вызвать реакцию. Затрудненное дыхание является наиболее распространенным симптомом. Сульфиты выделяют газообразный диоксид серы, который может вызвать раздражение в легких, и вызвать тяжелый приступ астмы для тех, кто страдает от астмы. Сульфиты могут вызывать чувство стеснения в груди, тошноты, крапивницы и в редких случаях более тяжелых аллергических реакций. Мутации в SUOX может быть фактором риска развития некоторых видов рака, включая лейкемию. 17. 03. 2018
Эпигенетика (επί-над) – раздел медикобиологической науки, изучающий закономерности изменений экспрессии генов или фенотипа клетки, вызванных механизмами, не связанными с изменением последовательности ДНК. Эпигенетика характеризирует процесс взаимодействия организма со средой при формировании фенотипа. К. Уодингтон 1947 г. 61 61
Факторы, приводящие к запуску эпигенеза: - Питание; - Инфекция; - Курение; - Стресс; - Травма; - Операция; - Алкоголь. 62
Триггеры (провокаторы) запуска эпигенеза: питание, инфекции, курение, стресс, алкоголь. Наличие генов предрасположенности (медиаторы) Главной эпигенетической меткой и ключевой реакцией эпигенеза является метилирование. 63
Криштоф Бокк обобщил научные факты о том, как осуществляется эпигенетическая регуляция и как она влияет на болезни человека. Kouzarides T. считает, что такие эпигенетические механизмы, как метилирование ДНК и гистоновые модификации (ацетилирование), регулируют экспрессию генов путем модулирования упаковки ДНК внутри ядра клетки. 64
Такие внешнесредовые факторы как характер питания и стрессовые влияния способны вызвать изменения эпигенетического статуса (Yeijmans B. T. et al. , 2007). Эти обстоятельства закрепили мнение многих ученых о том, что эпигеном человека можно рассматривать как биохимическую запись соответствующих жизненных событий, накопленных изменений на протяжении жизни. 65
Эффекты эпигенетики Геномный импринтинг (и его нарушения) Дифференцирование клеток Трансгенеративные эпигенетические эффекты Мутационный процесс Новообразования Старение организма Консервативность генетической информации 66 66
Механизмы эпигенетики Метилирование ДНК Ремоделирование хроматина РНК-опосредованные модификации Прионизация белков Инактивация Х-хромосомы 67 67
Установлено, что многие эпигенетические изменения могут не сопровождаться фенотипическими изменениями в то же время некоторые изменения, вызванные действием внешнесредовых факторов модулируют генную активность (экспрессию) (Herst M, Marra M. A. , 2009; Feinberg A. P. , 2007; Bijornson H. T. , 2004) поэтому нарушенный эпигенетический статус может быть связан с целым рядом болезней (напр. : ревматоидный артрит, СКВ). 68
Показано, что невральная активность в головном мозге регулируется эпигенетически, а потенциальная релевантность эпигенетических изменений при шизофрении, биполярных нарушениях и алкоголизме позволяет по-иному посмотреть на проблемы (Esteller M. , 2007; Jones P. H, Baylin S. B. , 2007; Feinberg A. P. et al. 2006). 69
К ЭПИГЕНЕТИЧЕСКИМ БОЛЕЗНЯМ ОТНОСЯТСЯ (HUDS Y. ZOGHBI, ARTHUR L. BEANDET): 1. Нарушение геномного импринтинга. 1. 1. Сестринские синдромы; синдром Прадера-Уилли. 1. 2. Синдром Беквита-Видемана 1. 3. Синдром Сильвера-Рассела 1. 4. Псевдогипопаратиреоидизм. 2. Нарушения, влияющие на структуру хроматина в трансконфигурации: 2. 1. Синдром Рубинштейна-Тейби 2. 2. Синдром Ретта 2. 3. Сцепленная с Х-хромосомой ά-талассемия, сопровождающаяся умственной отсталостью. Синдром иммунодефицита, нестабильности центромерного участка и лицевых аномалий 2. 4. Спондилоэпифизарная дисплазия Шимке. 2. 5. Дефицит метилентетрагидрофолатредуктазы. 3. Расстройства, влияющие на структуру хроматина в cisконфигурации. 3. 1. άδβ-δβ- талассемия 3. 2. Синдром ломкой Х- хромосомы 3. 3. Плече-лопаточно-лицевая миопатия 70
Классификация эпигенетических болезней человека (по С. А. Назаренко, 2004) Нарушение эпигенетического статуса отдельных участков генома всего генома (глобальный эффект) (локальный эффект) 1. Болезни, обусловленные унаследованными мутациями, нарушающими моноаллельную экспрессию генов — болезни геномного импринтинга (синдромы Видемана— Беквита, Прадера—Вилли, Энгельмана) 1. Болезни, обусловленные унаследованными мутациями генов, продукты которых во влечены в поддержание уров ня метилирования ДНК или модификацию структуры хро матина — Синдромы ICF, Ретта, ATR X, Рубинштейна—Тейби, Коффина—Лаури 2. Болезни, обусловленные нарушенным статусом мети лирования отдельных генов в результате de novo возникших мутаций в соматических клетках — а) раковые болезни, связанные с потерей импринтинга, приводящей к актива ции неактивного генов или подавлению экспрессии актив ного гена; б) раковые болезни, обусловленные гиперметилированием промоторов генов опухолевых супрессоров и их инактивацией 2. Болезни, обусловленные глобальным нарушением ме тилирования генома в резу льтате de novo возникших мутаций в соматических клетках— Раковые болезни, связанные с глобальным гипометилированием генома, приводящим к активации он когенов, ретротранспозонов и хромосомной нестабильности 71
Метионин Метионин – незаменимая аминокислота, входит в состав белков. служит в организме донором метильных групп (в составе Sаденозил-метионина) при биосинтезе холина, адреналина и др. ; источником серы при биосинтезе цистеина. Имеет 52 биохимических синонима. Химическое наименование метионина – (2 S)-2 -amino-4 methylsulfanyl-butanoic acid. Химическая формула - C 5 H 11 NO 2 S. 72
Уникальные функции метионина Участвует в реакциях трансметилирования; Служит донором метильных групп; В синтезе биологически активных веществ; Принимает участие в синтезе нуклеиновых кислот; Является акцептором метила для 5 метиленгидрофолат-гомоцистеинметилтрансферазы (метионин-синтазы). 73
Метаболизм 74 74
Метионин – предшественник цистеина, отдающий ему серу. Имеет 52 биохимических синонима. Химическое наименование метионина – (2 S)-2 -amino-4 methylsulfanyl-butanoic acid. Химическая формула - C 5 H 11 NO 2 S. 75
Биологическая функция метионина Незаменимая аминокислота Компонент аминоацил т. РНК биосинтазы Компонент метаболизма глицина, серина и трианина Компонент гистидинового обмена Компонент метионинового метаболизма Компонент селеноаминокислотного метаболизма Компонент тиразинового метаболизма 76
Ферменты метаболизма метионина представлены Метионин синтазой Тирозин аминотрансферазой S-аденозилметионин синтетазой изоформой 2 типа Арсенит метилтрансферазой Индометиламин N-метилтрансферазой S-аденозилметионин синтетазой изоформой 1 типа Бетаин-гомоцистеин S-метилтрансферазой 1. Метионил-t. РНК синтетазой, цитоплазматической Метионин аденозилтрансферазой 2 субчастицей бета 77
Нарушение процессов реметилирования (образования метионина из гомоцистеина), происходящее из-за дефицита ферментов MTHFR и MTRR приводит к развитию ряда патологических состояний, таких как: атеросклерозы; атеротромбозы; дефект незаращения невральной трубки; инфаркты; нарушение расхождения хромосом в оогенезе и риск рождения детей с синдромом Дауна. 78
Фолатный цикл и цикл метионина 79
Классификация (N. Blau et al. , 1996) Нарушение— пораженный компонент Распределение по тканям Локали- № MIM зация хромосом 10. 1 Метионинаденозилтранс- Печень фераза (МАТ) печени 10. 2 Цистатионин бетасинтаза (CBS) Печень; головной мозг; лимфобласты; культивируемые фибробласты, амниоциты и хориальные ворсины 10. 3 Гамма-цистатионаза (СТН) Печень; лимфобласты; 10. 4 Сульфитоксидаза, изолированная, или кофактор молибдена 10. 4. 1. Тип А 10. 4. 2 Тип В Печень; почки; лёгкие; сердце; лимфобласты; хориальные ворсины; культивируемые фибробласты и амниоциты 250850 21 q 22. 3 236200 16 219500 272300 252150 80 252160
Классификация (N. Blau et al. , 1996) Нарушение— пораженный компонент 10. 5 5, 10 Метилентетрагидрофолатредуктаза (MTHFR) Распределение по тканям Печень; лимфоциты, лимфобласты; хориальные ворсины; культивируемые фибробласты Локали- № MIM зация хромосом 1 р36. 3 236250 10. 6 Метионинсинтаза Печень; культивируемые (метилкобаламин) cbl. E, cbl. G фибробласты и амниоциты 236270 250940 10. 7 Метилмалонил-Со. Амутаза (аденозилкобаламин) и метионинсинтаза метилкобаламин) 277400 277410 277380 Печень; культивируемые фибробласты и амниоциты 81
В зависимости от частоты отдельные генотипы могут составлять основание для возникновения распространенной патологии, другие могут быть факторами развития редких (орфанных) болезней. 82
Спектр нозологий при сочетании полиморфизмов С 677 Т MTHFR / А 66 G MTRR в выборке пациентов (n=1938) Спектр нозологий Дефицит ферментов фолатного цикла (16%) Дефицит ферментов фолатного цикла Нарушение реметилирования гомоцистеина Spina bifida ГЦУ (у родственников) Тромбоэмболии / тромбозы (у родственников) Варикозное расширение вен (у родственников) С 677 Т MTHFR / А 66 G MTRR Hmzg/ Htzg/ N/ N/ Hmzg/ Htzg Hmzg Htzg N /N 6 11 36 37 69 99 5 36 3 3 11 13 37 51 1 15 1 1 3 1 8 2 8 3 3 2 19 1 7 1 3 7 1 1 4 10 1 2 1 1 3 6 1 6 2 11 1 2 4 3 4 4 1 1 6 5 83 2
Спектр нозологий при сочетании полиморфизмов С 677 Т MTHFR / А 66 G MTRR в выборке пациентов (n=1938) Спектр нозологий НБО (7. 8%) НБО (у родственников) НБО аминокислот НБО серосодержащих аминокислот (у родственников) НБО ЖК НБО метионина СТД (у родственников) МДД Нарушение обмена триптофана Дисахаридозная недостаточность С 677 Т MTHFR / А 66 G MTRR Hmzg/ Htzg/ N/ N/ Hmzg/ Htzg Hmzg Htzg N /N 9 10 2 1 1 44 13 1 3 5 9 17 1 3 3 7 21 2 1 8 19 2 8 13 1 4 3 33 1 1 2 3 124 23 2 2 10 4 1 71 13 2 2 8 4 71 10 2 2 64 11 1 3 1 1 2 11 1 1 84 1
Спектр нозологий при сочетании полиморфизмов С 677 Т MTHFR / А 66 G MTRR в выборке пациентов (n=1938) С 677 Т MTHFR / А 66 G MTRR Спектр нозологий N/ Hmzg/ Htzg/ N/ Hmzg Htzg N /N Дефицит сульфитоксидазы Нарушение обмена в цикле мочевины Болезнь кленового сиропа Гиперпролинемия Аминоацидурия Ацидурия Гипотиреоз Аутизм Митохондриальные болезни (у родственников) С-м Кернса-Сейра Эпилепсия 2 1 3 1 1 2 4 10 2 19 1 1 2 1 1 1 8 9 1 1 7 1 1 1 3 1 1 5 10 1 85 2
Спектр нозологий при сочетании полиморфизмов С 677 Т MTHFR / А 66 G MTRR в выборке пациентов (n=1938) Спектр нозологий Сосудистая патология (8%) Врожденный порок сердца (у родственников) Кардиопатия Инфаркт миокарда (у родственников) Ишемическая болезнь сердца (у родственников) Сосудистая патология (у родственников) Инсульты (у родственников) С 677 Т MTHFR / А 66 G MTRR Hmzg/ Htzg/ N/ N/ Hmzg/ Htzg Hmzg Htzg N /N 2 5 13 2 13 1 1 2 1 1 1 2 3 43 5 2 22 1 1 2 3 1 1 1 46 1 1 1 2 3 1 11 1 1 4 9 13 1 8 6 3 7 2 86 4
Спектр нозологий при сочетании полиморфизмов С 677 Т MTHFR / А 66 G MTRR в выборке пациентов (n=1938) Спектр нозологий Моногенная патология (5%) С-м Элерса-Данлоса С-м Прадера-Вилли С-м Луи-Бар С-м Клиппеля-Треноне Туберрозный склероз С-м Рендю-Ослера С-м Рассела-Сильвера С-м Рубинштейна-Тейби С-м гипервозбудимости С-м Арнольда-Киари Синдром IDD АГС С-м Анонихии-Эктродактилии С-м Мак Кьюна-Олбрайта С-м Леша-Нихана С 677 Т MTHFR / А 66 G MTRR Hmzg/ Htzg/ N/ N/ Hmzg/ Htzg Hmzg Htzg N /N 2 1 1 4 2 11 1 11 4 20 5 1 1 2 21 6 1 1 1 2 4 8 2 1 1 1 1 2 1 87
Спектр нозологий при сочетании полиморфизмов С 677 Т MTHFR / А 66 G MTRR в выборке пациентов (n=1938) С 677 Т MTHFR / А 66 G MTRR Спектр нозологий Геморрагический с м Миопатия Эрба Ротта Миопатический с м Миодистрофия Дюшена мышечн ФКУ Муковисцидоз С м Рейтера С м Марфана С м Денди Уокера Атаксия Фридрейха Полинейропатия Б нь Пертеса С м Жильбера DHD синдром Гипофизарный нанизм N/ Hmzg/ Htzg/ N/ Hmzg Htzg N /N 1 1 2 1 3 1 1 1 1 1 2 1 2 2 1 1 2 1 88
Спектр нозологий при сочетании полиморфизмов С 677 Т MTHFR / А 66 G MTRR в выборке пациентов (n=1938) С 677 Т MTHFR / А 66 G MTRR Спектр нозологий Хромосомная патология (6%) С-м Дауна (у родственников) С-м Шерешевского-Тернера Различная хромосомная патология/полиморфизм N/ Hmzg/ Htzg/ N/ Hmzg Htzg N /N 2 1 16 5 6 2 10 1 3 29 5 14 5 27 14 6 4 1 3 6 5 2 1 1 14 2 6 4 3 2 89
Эпигенетическая болезнь (гипометилирование, хромосомный полиморфизм (46, ХУ, 9 phqh ) и полиморфные варианты генов фолатного цикла (мутация 677 С-Т, А 222 V в гетерозиготном состоянии). Мягкая гомоцистеинурия. Синдромальная эпилепсия. 90
Болезнь Рандю-Ослера. Полиморфный вариант гена 677 C/T MTHFR в гетерозиготном состоянии 91
Эпигенетическая болезнь? Мозаичная форма синдрома Шерешевского-Тернера. Нарушение активного ферментов фолатного ци Обнаружен полиморфный вариант гена 677 С/ MTHFR в гетерозиготном состоянии, ген эндотеллиальной интазы4 a/4 b в гомозиготном NO-c состоянии). Нарушение энергетического обмена ( MNGIE? ). 92
Семейный случай эпигенетической болезни? Гипометилирование ДНК, дефицит фолатного ци нарушение обмена метионина (мозаичная фор трисомии по 21 хромосоме, хромосомный полимор по хромосоме 1). Полиморфные варианты гено MTHFR 677 C/T в гетерозиготном состоянии, MTRR 66 G в гомозиготном состоянии 93
Эпигенетическая болезнь? : нарушение обмена гликопротеидов (дефект посттрансляционной модификации лизосомальных ферментов). Нарушение обмена фолатного цикла (полиморфный вариант гена 66 A→G (122 М) в гене MTRRв гетерозиготном состоянии). Хромосомный полиморфизм: 46, ХY, 14 рs+. 94
С-м Сетре-Чотсена, вторичная митохондриопатия, дефицит фолатного цикла 95
Маккьюна-Олбрайта синдром у матери. Полиморфные варианты генов 677 ТТ MTHFR/66 A/G MTRR. Здоровые дети 96
Синдром Робинова. Множественные гамартозный рост в печени. Полиморфные варианты генов 677 ТТ MTHFR/66 GG MTRR 97
Украинский институт клинической генетики ХНМУ Харьков-22, пр. Правды, 13 Е-mail: mgc@ukr. net 98
Скачать презентацию Диагностика и лечение аутизма исходя из особенностей генетического
f5da67af135723e7041634636a3bcac1.ppt