Анализ вариабельности генома и приоритизация патогенных процессов-кандидатов при нарушениях психики у детей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.02.07, кандидат наук Зеленова, Мария Александровна

• Зеленова, Мария Александровна
• кандидат наук
• 2017

Оглавление диссертации кандидат наук Зеленова, Мария Александровна

I. ВВЕДЕНИЕ.............................................................................................

II. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ..............................................................................

II. 1 Генетические особенности умственной отсталости..........................................

II. 1.1 Хромосомные синдромы........................................................................

II. 1.1.1 Аутосомные синдромы........................................................................

II. 1.1.2 Гоносомные синдромы........................................................................

II. 1.2 Микроделеционные и микродупликационные синдромы................................

11.1.3 Вариации числа копий последовательности ДНК (CNV)................................

11.1.4 Моногенные синдромы...........................................................................

11.1.5 Эпигенетические нарушения.....................................................................

11.2 Генетические особенности аутизма...............................................................

II.2.1 Генетические синдромы и хромосомные аномалии, ассоциированные с РАС........

II.2.3 Гены - кандидаты и моногенные формы аутизма............................................

11.3 Определение молекулярных механизмов нарушения психики..............................

11.3.2.1 Нарушение геномных и протеомных сетей, связанных с формированием, созреванием и пластичностью синапсов...............................................................................

11.3.2.2 Нарушение цикла пресинаптических везикул...............................................

11.3.2.3 Нарушения организации постсинаптической плотности.................................

11.3.2.4 Нарушения межклеточного взаимодействия................................................

II.3.3 Практическое применение результатов исследований молекулярных механизмов нарушений психики........................................................................................

11.4 Методы, используемые для выявления генетических причин нарушений психики

11.4.1 Цитогенетический метод..........................................................................

11.4.2 FISH.....................................................................................................

11.4.3 Молекулярное кариотипирование...............................................................

11.4.4 Биоинформатический метод...............................................................

II. 5 Заключение..............................................................................................

III. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ......................................................

III.1 Объект исследования.................................................................................

III. 2 Методы исследования...............................................................................

III. 2 .1 Цитогенетический метод........................................................................

III. 2.3 SNP-array............................................................................................

III. 2.4 Биоинформатический метод....................................................................

III. 2.5 Статистический метод............................................................................

1

IV. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

V. ЗАКЛЮЧЕНИЕ........................

VI. ВЫВОДЫ...............................

VII. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ..........

VIII. ПРИЛОЖЕНИЯ.....................

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ..............

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Анализ вариабельности генома и приоритизация патогенных процессов-кандидатов при нарушениях психики у детей»

I. ВВЕДЕНИЕ Актуальность темы

В настоящее время этиология расстройств аутистического спектра и умственной

отсталости в большинстве случаев остается неопределенной. Несмотря на то, что

распространенность этих заболеваний высока и составляет более 1-1,5% и 3-4%,

соответственно, их генетическая причина выявляется в 40-50% (Ворсанова и др., 2006;

Roizen et al., 2003.; Schaefer et al., 2008). Известно, что хромосомные аномалии являются

одной из наиболее частых причин наследственных нарушений развития, связанных с

умственной отсталостью и аутизмом (Ворсанова и др., 2006). Определение генетических

причин данных заболеваний в детском возрасте увеличивает эффективность последующих

терапевтических стратегий (Iourov et al., 2015). Генетические и эпигенетические нарушения

могут приводить к патологическому функционированию клеток мозга, что характерно для

умственной отсталости и аутизма (Iourov et al., 2008). Современные молекулярно-

цитогенетические методы позволяют не только выявить аномалии хромосом, численные и

структурные перестройки, но также определить гены-кандидаты заболеваний (Юров и др.,

2001, Юров и др., 2004). В случаях недифференцированных умственной отсталости и

аутизма предполагается, что клинические проявления могут не только быть обусловлены

одним генетическим нарушением, но также являться следствием изменения

функционирования генов и геномных сетей. Один и тот же ген может оказывать влияние на

множество процессов, происходящих в различных областях головного мозга, и определять

изменения, приводящие к проявлению особенностей психики у отдельного пациента, с

помощью идентификации нарушенной сети генов, взаимодействующих друг с другом. Это

стало возможным с появлением современных методов исследования генома (молекулярное

кариотипирование, секвенирование генома, биоинформатические алгоритмы). В настоящее

время исследователям доступен большой объем данных о вариациях числа копий

последовательностей ДНК (CNV), однонуклеотидных полиморфных изменениях

последовательностей ДНК (SNP), микроделециях/микродупликациях и хромосомных

аномалиях, а также взаимодействиях между генами и белками. Поиск процессов и генов-

кандидатов, интерпретация данных молекулярно-генетического анализа, увеличение

эффективности сканирования генома и определение молекулярных механизмов болезней —

все это в настоящее время требует применения биоинформатических технологий (Ворсанова

и др., 2013; Юров и др., 2005; Chen et al., 2011; Croft et al., 2014; Hehir-Kwa Y. et al., 2010;

Iourov et al., 2009, 2012, 2013, 2014; Paratore et al., 2012; Xu et al. 2014). Информация о

последствиях изменения ДНК на клеточном и молекулярном уровне необходима при

изучении патологии генома и ее фенотипических (функциональных) последствиях (Moreau et

3

al., 2012). Определение патогенности перестроек и ассоциации вариаций последовательностей ДНК с фенотипическими проявлениями могут осуществляться с помощью одного из биоинформатических методов — приоритизации генов и процессов-кандидатов (Chen et al., 2011). Несмотря на это, при молекулярно-цитогенетическом анализе хромосомных и геномных нарушений биоинформатический анализ в клинической генетике используется достаточно редко, даже с учетом того, что он является наиболее удобным способом изучения функциональных последствий CNV и снижает необходимость применения панели дополнительных дорогостоящих исследований. Предположение о том, что необходимо выделять не только гены-кандидаты, но и процессы-кандидаты, поддерживают многие ученые (Iourov et al., 2014; Köhler et al., 2008; Shlomi et al., 2008). Обобщение геномных, протеомных и интерактомных данных в настоящее время невозможно без методов изучения генома in silico (Iourov et al., 2014, 2015). Несмотря на это, анализ CNV для приоритизации процессов-кандидатов при аутизме и умственной отсталости используется редко. Исходя из всего вышесказанного, были определены цель и задачи настоящего исследования.

Цель работы:

Целью настоящей работы являлось определение молекулярных механизмов нарушения психики при несиндромальных формах аутизма и умственной отсталости с помощью анализа вариаций числа копий последовательностей ДНК и их возможных функциональных последствий.

Задачи:

1. Исследовать группу детей с аутизмом и умственной отсталостью с помощью цитогенетических и молекулярно-цитогенетических методов для выявления хромосомных аномалий и CNV.

2. Определить патогенные и условно патогенные CNV c помощью биоинформатического анализа, включающего анализ функций, сетей взаимодействий и экспрессии генов, затронутых CNV.

3. Разработать алгоритм интерпретации данных молекулярного кариотипирования, позволяющий на основе стратегий ранжирования, приоритизации, составления интерактома и выявления геномных сетей получить кластеры процессов-кандидатов, вносящих вклад в определенное заболевание.

4. На основе полученных данных идентифицировать ассоциации нарушений психики и врожденных пороков развития, подобных синдрому Ретта (RTT), а также недифференцированной умственной отсталости и аутизма с рядом кластеров геномных сетей и процессов-кандидатов.

5. Определить молекулярные механизмы умственной отсталости и аутизма на основе полученных молекулярно-цитогенетических и биоинформатических данных.

Научная новизна

Впервые с помощью методов молекулярного кариотипирования (SNP array и array CGH) и оригинальной биоинформатической технологии проведено исследование репрезентативной российской когорты пациентов с недифференцированными формами аутизма и умственной отсталости.

Определена частота хромосомных аномалий, эпигенетических нарушений (в виде потери гетерозиготности, характерной для детей, рожденных в кровнородственных браках, а также потери гетерозиготности в импринтированных геномных локусах) в когорте детей с недифференцированными формами аутизма и умственной отсталости.

Впервые предложен алгоритм анализа CNV и их молекулярных взаимодействий при аутизме и умственной отсталости, включающий в себя проведение молекулярного кариотипирования и оригинальную технологию биоинформатического анализа.

Впервые показано, что нарушение 8 кластеров процессов, состоящих из 28 геномных сетей (метилирование ДНК, функционирование везикул, развитие центральной нервной системы, сигнальный путь Notch, цикл Кребса, сокращение мускулатуры, регуляция транскрипции и функционирование актина) и 95 генов, являются возможными механизмами нарушения психики при фенотипических проявлениях умственной отсталости и аутизма, подобных RTT.

Впервые показано, что нарушения 13 кластеров специфических молекулярных и клеточных процессов, состоящих из 40 геномных сетей и 475 генов, являются возможными механизмами нарушения психики при недифференцированных формах умственной отсталости и аутизма.

Практическая значимость

Разработанный алгоритм интерпретации данных молекулярного кариотипирования

позволяет на основе стратегий ранжирования, приоритизации, составления интерактома и

выявления геномных сетей получить кластеры процессов-кандидатов нарушения психики.

Данный алгоритм обладает несомненной значимостью для дальнейших фундаментальных и

практических исследований в области геномики, медицинской генетики, нейробиологии и

молекулярной медицины. Более того, применение разработанного алгоритма в ходе

молекулярной диагностики геномной патологии дает возможность расширить знания о

механизмах заболевания в каждом индивидуальном случае. Полученные данные имеют

исключительное практическое значение для разработки терапевтических стратегий при

5

умственной отсталости и расстройствах аутистического спектра, обусловленных CNV. Применение данного метода обладает высокой эффективностью для выявления процессов, лежащих в основе недиффиренцированных форм заболеваний, связанных с патологией головного мозга. Оригинальный алгоритм приоритизации процессов-кандидатов на основе данных анализа CNV, предложенный в работе, может быть использован как для выявления молекулярных механизмов заболеваний, для которых не определена единая причина, так и для разработки терапевтических стратегий в случае персонифицированного подхода к пациенту.

Положения, выносимые на защиту

1. Определена частота геномных аномалий и эпигенетических нарушений у детей с недифференцированной умственной отсталостью и аутизмом. Нарушения генома в виде анеуплоидии, структурных перестроек, сложных хромосомных перестроек, потери гетерозиготности, характерной для детей, рожденных в кровнородственных браках, а также потери гетерозиготности в импринтированных геномных локусах, были выявлены в 42% случаев при помощи методов молекулярного кариотипирования.

2. Определена частота патогенных и вероятно патогенных CNV у детей с недифференцированной умственной отсталостью и аутизмом, которая составила 51%.

3. Разработан алгоритм интерпретации данных молекулярного кариотипирования, позволяющий на основе стратегий ранжирования, приоритизирования, составления интерактома и выявления геномных сетей получить набор процессов-кандидатов, вносящих вклад в определенное заболевание.

4. Показано, что RTT-подобный фенотип может быть ассоциирован с нарушением ряда процессов (кластеров сетей), геномных сетей и генов. Было определено 95 генов, входящих в 28 геномных сетей и составляющих 8 кластеров процессов: функционирование везикул, цикл Кребса, сигнальная сеть Notch, метилирование ДНК, развитие нервной системы, сокращение мускулатуры, функционирование актина, регуляция транскрипции.

5. Показано, что недифференцированная умственная отсталость и аутизм могут быть ассоциированы с нарушением ряда процессов (кластеров сетей), геномных сетей и генов. Было определено 475 генов, входящих в 40 геномных сетей и составляющих 13 кластеров процессов: нейродегенерация, функционирование протеасомы, сигнальный путь ERBB, регуляция транскрипции, сигнальная сеть TP53, сигнальная сеть Notch, старение, митотическое деление клетки, репарация ДНК, функционирование везикул,

функционирование актина, макромолекулярные взаимодействия, B лимфоциты.

6

II. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ II.1 Генетические особенности умственной отсталости

Согласно международной классификации болезней (МКБ-10), умственная отсталость определяется как группа заболеваний, проявляющихся в период развития ребенка и характеризующаяся нарушением речевого и психомоторного развития (МКБ-10, 2003). Данное нарушение поражает от 1,5 до 2 % популяции в западных странах и примерно 0,6% в России (Чуркин, 1997), и может приводить к недееспособности индивидуума (Mefford et al., 2012). Умственная отсталость манифестирует в возрасте до 18 лет, и степень ее тяжести может быть измерена с помощью теста IQ (коэффициент интеллекта — intelligence quotient), который при этом нарушении не достигает 70 (средний IQ в общей популяции составляет 100) (Schwartz et al., 2012). Впервые генетическая причина синдромальной умственной отсталости (трисомия хромосомы 21 у детей с синдромом Дауна) была выявлена только в пятидесятых годах XX века (Roizen et al., 2003). На данный момент известно, что на долю генетических факторов, вносящих вклад в этиологию умственной отсталости, приходится примерно 50% случаев этой формы нарушения психики (Ворсанова и др., 1999; 2006; Chelly et al., 2006), что позволяет говорить об исключительном значении изучения вариаций генома при умственной отсталости. Среди генетических причин наиболее существенный вклад в умственную отсталость вносят хромосомные аномалии, включая микроделеции и микродупликации, генные мутации и эпигенетические (эпигеномные) нарушения.

II.1.1 Хромосомные синдромы

Хромосомные синдромы являются результатом численных и структурных аномалий аутосом и гоносом (Ворсанова и др., 1999; 2006; Ньюсбаум, 2010). Термин «структурные изменения» используется для описания таких типов геномных перестроек, как делеции, дупликации, инсерции, инверсии, транслокации, и более сложных изменений генома. Численные аномалии хромосом могут представлять собой отсутствие хромосомы или наличие дополнительной целой хромосомы, ведущей к моносомии или трисомии, соответственно, или хромосомного набора, приводя к полиплоидии. В целом, анеуплоидия в виде моносомии имеет более негативное влияние на жизнедеятельность клетки, чем наличие дополнительной хромосомы. Данное утверждение, однако, является верным преимущественно для аутосом, поскольку отсутствие аутосомы не совместимо с жизнью, тогда как гоносомная моносомия может привести к рождению жизнеспособного индивидуума (Ворсанова и др., 2006а).

II.1.1.1 Аутосомные синдромы

Наиболее распространенным хромосомным синдромом, ассоциированным с умственной отсталостью и связанным с анеуплоидией аутосом, является синдром Дауна, проявляющийся с частотой, варьирующей от 1:1000 до 1:700 новорожденных (Юров и др., 2014, Wang et al., 2005). Данное заболевание наиболее часто обусловлено нарушением сегрегации хромосомы 21 в мейозе. Нерасхождение хромосом при данном синдроме возникает, как правило, в материнских половых клетках, в большинстве случаев - при первом мейозе (~80%). Для синдрома Дауна известен также критический участок (Down syndrome critical region или DSCR), который выявлен в локусе 21q22. Анализ генов, находящихся в данном хромосомном участке, позволил выделить ген DYRK1A, как ассоциированный с умственной отсталостью при данном заболевании. Описываемый ген участвует в развитии головного мозга (Yamamoto et al., 2011), и изменение количества его копий является критичным для когнитивных процессов (Kimura et al., 2007; Park et al., 2007; Ryoo et al., 2008). Мозаичные формы синдрома Дауна выявляются у 2%-4% пациентов (Mikkelsen et al., 1976). Регулярная моносомия или трисомия других аутосом, как правило, несовместима с жизнью. При синдромах Эдвардса и Патау (трисомия 18 и 13, соответственно) дети умирают в течение первых месяцев после рождения, вследствие множественных пороков развития (Ворсанова и др., 2006а). Описаны единичные случаи трисомии других аутосом, в большинстве которых хромосомная аномалия проявлялась в мозаичной форме. Подробное описание фенотипических особенностей пациентов с такими нарушениями представлено в таблице 1. Моносомия у новорожденных была выявлена только по хромосомам 21 и 22. Для случаев моносомии хромосомы 21 были описаны как мозаичные и регулярные, так и транслокационные формы. Для пациентов с этим нарушением генома характерна внутриутробная и постнатальная задержка роста, умственная отсталость, гипертония, крупные низкопосаженные ушные раковины (Wang et al., 2005).

Таблица 1. Характерные особенности детей с трисомией аутосом*.

Хромосома Фенотипические особенности Тип перестройки Литературные источники

2 Гипотония, микроцефалия, задержка роста и развития Мозаичная, тканеспецифичный мозаицизм Wang et al., 2005

3 Тяжелая умственная отсталость, выступающие лобные бугры, Мозаичная Schinzel et al., 2001; Wang et al.,

аномалии ушной раковины и строения глаза. 2005

4 Множественные врожденные пороки развития Мозаичная, тканеспецифичный мозаицизм Brady et al., 2005

5 Множественные ВПР, врожденные пороки сердца, задержка психомоторного развития Мозаичная, тканеспецифичный мозаицизм Villa et al., 2007

6 Пороки сердца (дефект межпредсердной перегородки, стеноз легочной артерии), крупные ушные раковины, задержка роста Мозаичная, тканеспецифичный мозаицизм Wang et al., 2005

7 Задержка физического и психического развития, пигментная дисплазия с гипо-и гиперпигментацией, асимметрия (лица или тела), лицевые микроаномалии Мозаичная Hsu et al., 1997

8 Умеренная умственная отсталость, агенезия мозолистого тела, пороки ГМ, гидроцефалия, задержка физического развития, выступающие лобные бугры, глубоко посаженные глаза, страбизм, широкое переносье, расщелина нёба, аномалии скелета, пороки сердца Регулярная и мозаичная Ворсанова и др., 1999; 2006а; Wang et al., 2005 Schinzel et al., 2001

9 Лицевые микроаномалии: высокий узкий лоб, глубоко посаженные глаза, микрофтальмия, Мозаичная и регулярная, трисомная хромосома в виде Ворсанова и др., 1999; 2006а; Schinzel et al., 2001; Wang et al.,

низкопосаженные деформированные ушные раковины, скелетные аномалии, пороки сердца, пороки ГМ, пороки развития почек 9р1ег-^32: или 9д33 2005

10 Умственная отсталость, расщелина губы и нёба, пороки сердца, почек и глаз, деформация черепа Мозаичная Hahnemann et al., 2005

12 Умственная отсталость, низкий рост, аномалии клапанов легочной артерии, сколиоз, лицевые микроаномалии Мозаичная Machado et al., 2009; Wang et al., 2005

13 Синдром Патау: пороки ГМ (голопрозэнцефалия, аплазия и гипоплазия мозолистого тела, аплазия и гипоплазия зрительных нервов, гипоплазия мозжечка), микрофтальмия, расщелина губы и неба, аномалии сердца, поликистоз почек Регулярная, мозаичная Schinzel et al., 2001; Wang et al., 2005

14 Умственная отсталость, задержка роста, микрогнатия, врожденные пороки сердца, крипторхизм Мозаичная von Sneidern et al., 2008

15 Черепно-лицевые и скелетные аномалии, врожденные пороки сердца Мозаичная, регулярная Schinzel et al., 2001; Wang et al., 2005

16 Задержка роста и развития, птоз, лицевые микроаномалии, врожденные пороки сердца, сколиоз, поперечная ладонная борозда Мозаичная Wang et al., 2005

17 Задержка умственного и физического развития, микроцефалия, судороги, потеря слуха, аутистические черты в поведении Мозаичная Со1Ыо е! а1., 2003

18 Синдром Эдвардса: пороки головного мозга (гипоплазия мозжечка и мозолистого тела), лицевые микроаномалии, задержка роста и развития Полная, мозаичная, частичная Ворсанова и др., 1999; 2006а; ^Ма^ е! а1., 2005

20 Гипопигментация, описан фенотип без пороков развития и нарушений психики Тканеспецифичный мозаицизм 8сЫп2е1 й а1., 2001; Мап§ е! а1., 2005

21 Синдром Дауна Регулярная, транслокационная, мозаичная Ворсанова и др., 1999; 2006а; Я^еп е! а1., 2003; Б1еге8еп е! а1., 2009

22 Синдром кошачьего глаза, а также внутриутробная задержка роста, низкопосаженные ушные раковины, гипоплазия средней части лица, микроцефалия, микрогнатия, аномалии сердца, гипопигментация Мозаичная форма трисомии, БМСб хромосомы 22 или дупликация критического участка 8сИ^е1, 2001; ЫеЬг е! а1., 2004

*В данную таблицу включены только нарушения, выявлявшиеся у новорожденных детей.

Несмотря на то, что для всех хромосомных синдромов и аномалий, связанных с трисомией и моносомией аутосом, характерны тяжелые пренатальные и постнатальные нарушения, затрагивающие все системы органов, именно нарушение функционирования головного мозга является их общей характеристикой.

11.1.1.2 Гоносомные синдромы

Анеуплоидия гоносом (половых хромосом) определяется как изменение числа хромосом Х или У. Наиболее распространенными гоносомными синдромами являются синдром Шерешевского-Тернера, Клайнфельтера, трисомия хромосомы Х и дисомия хромосомы У (БешаНа] е! а1., 2012). Синдром Клайнфельтера является группой хромосомных заболеваний, при которых в мужском хромосомном наборе присутствует не менее одной дополнительной хромосомы Х (У1воо1вак е! а1, 2006). Классической формой синдрома считается наличие одной дополнительной хромосомы Х (кариотип: 47,ХХУ), что является наиболее частым нарушением числа половых хромосом у человека и обнаруживается у 1 из 500 мужчин. Несмотря на то, что для данного варианта этого заболевания, в целом, не характерна умственная отсталость (в различных исследованиях были получены результаты как нормального 10, так и ниже и выше среднего) (Боаёа е! а1, 2009), в некоторых работах описано, что нарушение речи наблюдается примерно у 70% пациентов; отмечаются аномалии поведения. Варианты синдрома Клайнфельтера, связанные с наличием двух и более дополнительных хромосом Х, встречаются реже (48,ХХУУ — 1:17000, а 48,ХХХУ — 1:50000) и, как правило, ассоциированы с различными фенотипическими особенностями (рис. 1). При этом 10 у таких индивидуумов значительно ниже, чем у пациентов с классическим вариантом синдрома (Таг!а§На е! а1, 2005). Синдром Шерешевского-Тернера (45,Х) наблюдается с частотой 1:2000-1:5000 девочек. Разнообразные нарушения систем орагнизма, наблюдающиеся у пациентов с данным заболеванием, влияют на психосексуальное развитие девочек в подростковом возрасте, а также затрагивают психологические, социальные и академические аспекты жизни ребенка. Умственная отсталость не является характерной чертой данного синдрома, однако у девочек наблюдаются трудности в восприятии пространственных отношений, гиперактивность с дефицитом внимания. Основными клиническими чертами синдрома Шерешевского -Тернера являются низкий рост, бесплодие, ожирение, крыловидные складки на шее, нарушения сердечно-сосудистой системы. Помимо хромосомных синдромов, вызванных изменением количества хромосом, большой вклад в умственную отсталость вносят микроделеционные и микродупликационные синдромы.

Рис 1. Фенотипические особенности вариантов синдрома Клайнфельтера.

11.1.2 Микроделеционные и микродупликационные синдромы.

Микроделеции определяют как хромосомные аберрации, являющиеся результатом потери участка ДНК размером 1-5 млн. пн. Они могут изменять экспрессию одного или нескольких затронутых генов, а фенотипические последствия данного типа перестроек могут быть объяснены наличием только одной копии соответствующих последовательностей ДНК. Микроделеции ассоциировались с определенными синдромами еще в 70-х, 80-х и 90-х годах и выявлялись в основном с помощью стандартного кариотипирования и флюоресцентной гибридизации in situ (FISH). Наиболее известными из микроделеционных (делеционных) синдромов являются синдромы Вольфа-Хиршхорна, Крика кошки, Вильямса, Прадера-Вилли, Ангельмана, Рубинштейна-Тейби, Смит-Маженис, ДиДжорджи, Миллера-Дикера (табл.2) (Юров и др., 2014б, Юров и др., 2014). Хотя каждый синдром имеет характерную клиническую картину, они все в той или иной степени связаны с нарушением когнитивных

функций и являются распространенными генетическими причинами умственной отсталости (1оигоу е! а1., 2006). Помимо микроделеций, в качестве часто встречающихся причин идиопатической умственной отсталости необходимо выделить микродупликации (1оигоу е! а1., 2006, 2008). Микродупликация — это удвоение участка ДНК размером 1-5 млн.пн. Одним из наиболее известных микродупликационных синдромов является синдром микродупликации 22q11.2. При этом синдроме наблюдается готическое нёбо, нарушения слуха, лицевые микроаномалии, задержка психомоторного развития (ВеББа е! а1., 2012).

Таблица 2. Наиболее распространенные микроделеционные и микродупликационные синдромы, связанные с умственной отсталостью (частично по Muhle et al, 2004).

Синдром Нарушение генома Частота Клинические характеристики

Вольфа -Хиршхорна Делеция участка 4р16.3 1 : 50000 Задержка роста, лицевые аномалии, умственная отсталость, уменьшение размера головы, нарушения работы сердца

Крика кошки Делеция участка 5р15.2 1 : 50000 Тяжелая задержка психомоторного и умственного развития, гипертелоризм глаз, маленький подбородок, широкая переносица, специфический крик

Вильямса Делеция участка 7я11.23 1 : 20000 Аномалии сердца, умственная отсталость, задержка роста, лицевые микроаномалии

Прадера-Вилли Делеция участка 15я11.2 1 :10000 Задержка развития, умственная отсталость, сниженный мышечный тонус, ожирение, чрезмерный аппетит, гипопигментация, уменьшение размера гениталий

Ангельмана Делеция участка 15д11.2 1 :10000 Задержка развития, умственная отсталость, отсутствие речи, гиперактивность, непроизвольный смех,

микробрахицефалия, макростомия

Смит-Маженис Делеция участка 17p11.2 1 : 25000 Умственная отсталость, гиперактивность, низкий рост, лицевые аномалии, нарушение поведения

Б еквита-В идемана Дупликация участка 17p11.2p12 1: 13700 Выступающий язык, увеличение длины и массы тела и размера внутренних органов, легкая умственная отсталость

Кроме микроделеционных и микродупликационных синдромов, существенный вклад в генетическую этиологию умственной отсталости также вносят моногенные заболевания и изменения копийности последовательностей ДНК размером более 1000 пн.

II.1.3 Вариации числа копий последовательности ДНК (CNV)

Вариации числа копий последовательности ДНК (CNV) определяют как изменения

ДНК размером более 1000 пн, включающие дупликации или делеции. CNV вносят

существенный вклад в вариабельность фенотипического спектра как при нарушениях,

затрагивающих один ген, так и при мультифакторных заболеваниях. С развитием и

совершенствованием технологий анализа генома, таких как array CGH и SNP array, было

показано, что CNV не только часто встречаются и распространены по всему геному, но и

могут являться причиной идиопатической умственной отсталости. CNV часто являются

спорадическими и вызваны перестройками de novo. Принято считать, что этот тип вариаций

может встречаться c частотой, превышающей частоту точечных мутаций на 1000-10000

(Kumar et al., 2008). С появлением современных технологий (молекулярного

кариотипирования) стало возможно обнаружение как патологических, так и «нейтральных»

вариаций путем анализа всего генома (Bernardini et al., 2010). CNV могут быть

ассоциированы с большим количеством заболеваний, в частности, каждая отдельная

вариация генома может быть вовлечена в патогенез различных нервных и психических

болезней. В качестве примера можно привести экзонную делецию в гене NRXN1

(локализованном в участке 2p16.3 и наиболее часто ассоциируемом с аутизмом), коротая

была описана у пациентов с задержкой развития, аутизмом, и шизофренией (сегрегация

делеции у пациентов в двух семьях) (Grayton et al., 2012). CNV активно исследовались также

и при умственной отсталости (табл.3). Было показано, что CNV, выявляемые de novo, могут

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Зеленова, Мария Александровна, 2017 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ РЕСУРСОВ

1. BioGPS — Genomics Institute of the Novartis Research Foundation -http://biogps.org/#goto=welcome

2. BioGRID — Biological General Repository for Interaction Datasets — https://thebiogrid.org/

3. Database of Genomic Variants — catalogue of structural variation in the human genome — http://dgv.tcag.ca/dgv/app/home

4. Gene Ontology — Gene Ontology Consortium — http://www.geneontology.org/

5. Gene imprint - http://www.geneimprint.com/site/genes-by-species

6. Genatlas — Genatlas Universite Paris Descartes — http://genatlas.medecine.univ-paris5.fr/

7. Google Scholar - https://scholar.google.ru

8. KEGG — Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes — http://www.genome.jp/kegg/

9. NCBI Map Viewer — https://www.ncbi.nlm.nih.gov/mapview/

10. NCBI gene — https://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene

11. NCBI biosystems —

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/Structure/biosystems/docs/biosystems_about.html

12. OMIM — Online Mendelian Inheritance in Man - https://www.omim.org/

13. Pubmed - https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/

14. REACTOME — http://www.reactome.org/

15. STRING.db — Search Tool for the Retrieval of Interacting proteins database-http ://string.db. org/

16. UCSC Genome Browser on Human Feb. 2009 (GRCh37/hg19) Assembly — http://genome.ucsc.edu/

17. Wikipathways - http://www.wikipathways.org/index.php/WikiPathways