Одним из возможных механизмов возникновения структурных пе- рестроек в данном гене может быть незаконная Alu-Alu реком- бинация или, что более вероятно, рекомбинация между коротки- ми повторами. Участие Alu-элементов предполагается также при возникновении 16-кб делеции промоторной области и первых 5-и экзонов гена HEXB - мажорной мутации при болезни Зандхоффа.
Нарушение процесса рекомбинации является, по-видимому, при- чиной возникновения очень большого числа крупных и мелких делеций в IDS-гене при синдроме Хантера. Высокая концентра- ция CpG динуклеотидов рассматривается как возможный эндоген- ный механизм возникновения мажорной среди евреев-ашкенази мутации P330FS в гене SPDM1 при болезни Ниманна-Пика типа B, так как эта делеция возникает в районе, где из 10 остатков 9 составляют цистеины.
Делеции целых экзонов или инсерции интронных областей возникают сравнительно часто в результате точковых мутаций в донорных или акцепторных сайтах сплайсинга. Примерами являют- ся мажорная в Японии сплайсинговая мутация, сопровождающаяся делецией 7-го экзона гена- PPGB, приводящая к галактосиалидо- зу и сплайсинговая мутация IVS2+1, обусловливающая вырезание экзона 2 гена GBA при болезни Гоше. Появление в результате точковой мутации в интронной области нового сайта сплайсинга также может сопровождаться структурными перестройками. Тако- ва, в частности, природа 33-нуклеотидной инсерции в гене PSAP при метахроматической лейкодистрофии, обусловленной дефицитом
SAP1; 24-кб инсерции в гене HEXB при болезни Зандхоффа и
5-нуклеотидной инсерции в гене IDUA при синдроме Шейе. Важно отметить, что подобные мутации совместимы с образованием не- большого числа функционально активных мРНК, следствием чего является относительно более мягкое течение соответствующих форм заболеваний.
В некоторых случаях возникновению мутаций может способствовать наличие псевдогена. Молекулярный анализ псев- догена, тесно сцепленного с геном GBA, показал, что, по крайней мере, 4 мутации, обнаруженные у пациентов с болезнью
Гоше, присутствуют в норме в псевдогене. Это 2 мажорные му- тации - L444P и IVS2+1 и еще 2 миссенс мутации в 10-м экзоне
(A456P и V460V). Подобное сходство несомненно указывает на фундаментальную роль псевдогена в образовании мутаций в
GBA-гене. В то же время само по себе присутствие псевдогена не является мутагенным фактором, особенно если сам ген и его псевдоген локализованы в разных хромосомах, как, например, в случае генов GM2A и FUCA1, псевдогены которых находятся в хромосоме 3 и в области 2q31-q32, соответственно.
Для двух лизосомных болезней - фукозидоза и синдрома
Гурлера, мажорными являются нонсенс мутации. Более того, при фукосидозе все известные к настоящему времени мутации приво- дят к полному отсутствию продукта FUCA1-гена. Так, наряду с мажорной мутацией Q351X, представленной в 20% хромосом у больных фукосидозом, описаны еще 4 нонсенс мутации и 4 деле- ции со сдвигом рамки считывания. При синдроме Гурлера две мажорные нонсенс мутации - W402X и Q70X, составляют около
50% всех известных мутантных аллелей гена IDUA. Кроме того, при этом заболевании зарегистрированы еще 4 минорные по частоте нонсенс мутации и 1 делеция со сдвигом рамки считы- вания. 3 миссенс мутации и интронная мутация, создающая до- полнителный сайт сплайсинга в гене IDUA, не приводят к пол- ному блоку синтеза идуронидазы и реализуются в виде синдрома
Шейе. Уместно заметить, что оба заболевания - синдром Гурле- ра и синдром Шейе, являются классическим примером фенотипи- ческого разнообразия, обусловленного существованием аллель- ных серий (см.Главу IV). Такой спектр крайне тяжелых мутаций нельзя объяснить только повышенной частотой их возникнове- ния. Более вероятным представляется предположение о том, что кодируемые FUCA1- и IDUA-генами белки обнаруживают опреде- ленную устойчивость к небольшим повреждениям и сохраняют функциональную активность при определенных аминокислотных заменах, то есть миссенс аллели в этих генах проявляют себя как нейтральные мутации и не приводят к развитию заболева- ний.
Хорошо известно, что распространение мутаций в популя- циях определяется не только, и не столько повышенной часто- той их возникновения, но многими другими популяционно-гене- тическими факторами и, в первую очередь, связано с эффектом основателя (см.Главу V). Типичным следствием эффекта основа- теля, как известно, является наличие различных мажорных по частоте мутаций одного и того же гена у пациентов разных изолятов и этнических групп. Подобная картина наблюдается, в частности, при ганглиозидозе GMI. Так, в Японии мажорными при этом заболевании являются миссенс мутации I51T и R201C, тогда как в Европе преобладают мутации R482H и W273L. Эффек- том основателя можно объяснить высокую частоту аспартилглю- козаминурии в Финляндии, так как в 98% случаев у пациентов финского происхождения заболевание обусловлено присутствием одной и той же миссенс мутации C163S, резко уменьшающей ак- тивность аспартилглюкозаминидазы. Интересно отметить, что эта мутация у больных находится в сильном неравновесном сцеплении с другой миссенс мутацией в AGA-гене - R161Q, яв- ляющейся, в свою очередь, редкой формой полиморфизма. Невоз- можно, однако, исключить возможность комбинированного влия- ния этих двух мутаций на фенотип.
Яркие примеры этнических различий по частоте и спектру мажорных мутаций выявляются при анализе таких лизосомных бо- лезней накопления как болезнь Тея-Сакса, Ниманна-Пика и бо- лезнь Гоше. Прежде всего, эти заболевания особенно распрост- ранены среди евреев-ашкенази, среди которых они встречаются в десятки раз чаще, чем в других популяциях европейского или азиатского происхождения. Наличие специфических мажорных му- таций для всех трех заболеваний у 70 - 95% всех пациентов еврейского происхождения скорее всего нельзя обьяснить толь- ко эффектом основателя. Генетический дрейф, селективное пре- имущество гетерозигот, характер миграции, социальные и рели- гиозные особенности, обусловливающие ассортативность образо- вания супружеских пар - вот те факторы, которые, по всей ви- димости, лежат в основе этих различий. В этой связи инте- ресно отметить, что среди пациентов других национальностей мажорные мутации гомологичных генов, как правило, иные, чем у евреев-ашкенази. Так, болезнь Ниманна-Пика типа B часто встречается среди жителей стран, расположенных в западной части Северной Африки. Однако, в 80% случаев заболевание связано с делецией R608 в SMPD1-гене, которая не является мажорной среди евреев-ашкенази.
На примере лизосомных болезней могут быть хорошо прослежены корреляции между типами мутаций и клиническими особенностями заболеваний. Выше уже упоминалось об аллельных вариантах гена IDUA, приводящих либо к синдрому Гурлера, ли- бо к синдрому Шейе. Разные миссенс мутации в гене NAGA при- водят к болезни Шиндлера или к болезни Канзаки (Табл.
10.1.). Важное значение для анализа молекулярных основ пато- генеза заболеваний имеют специфические мутации с поздней фе- нотипической манифестацией (так называемые взрослые формы).
Такие мутации обнаружены в соответствующих генах при болез- нях Тея-Сакса и галактосиалидозе. Очень интересен случай различного фенотипического проявления на разном расовом ге- нетческом фоне одной и той же мутации - мажорной 16-кб деле- ции, обнаруживаемой у 27% пациентов с детской формой болезни
Зандхоффа (McInnes et al.,1992; Sidransky et al.,1994). В частности, в одной франко-канадской семье эта мутация в ком- паунде с миссенс мутацией P417L, описанной впервые в Японии у пациента с подростковой формой заболевания, провлялась как взрослая форма с очень мягким течением заболевания.
В ряде случаев удалось проанализировать молекулярную природу совместного влияния двух аллелей одного гена на фе- нотип. К примеру, при некоторых форм метахроматической лей- кодистрофии трудность молекулярной диагностики заболевания связана с существованем, так называемого, псевдодефицитного аллеля ARSA-гена. Этот полиморфный аллель встречается в по- пуляциях с достаточно высокой частотой, так что гомозиготы по нему состаляют 1 - 2% всего населения. Оказалось, что псевдодефицитный аллель представляет из себя сочетание двух мутаций в цис-положении. Одна из них - 3'-концевая ругуля- торная мутация в первом сайте после стоп кодона, изменяет сигнал полиаденилирования. Другая - миссенс мутация в 6-м экзоне, приводит к потере сайта N-гликозилирования. Попутно отметим, что для гена ARSA (также как и для IDUA-гена) обна- ружен альтернативный сплайсинг, в результате которого в фиб- робластах и печени образуются 2 различных типа мРНК, разме- ром 2.1 кб и 3.9 кб, соответственно. У гомозигот по псевдо- дефицитному аллелю в фибробластах отсутствует 2.1 кб мРНК, при этом клинических проявлений заболеваний не наблюдается.
Однако, при наличии S96F мутации в ARSA-гене на фоне псевдо- дефицитного аллеля развивается тяжелая форма лейкодистрофии.
В заключении раздела кратко рассмотрим состояние проб- лемы генокоррекции лизосомных заболеваний. В литературе отсутствуют сообщения об успешных клинических испытаниях программ генотерапевтического лечения этих заболеваний, од- нако, по крайней мере, для некоторых лизосомных болезней та- кие программы уже разработаны и утверждены (см.Главу IX,
Табл.9.2). Имеются сведения о положительных результатах та- ких исследований на культурах мутантных клеток и на модель- ных животных. Так, в опытах in vitro был осуществлен успеш- ный ретровирусный перенос нормальной кДНК гена GBA в культу- рах мутантных фибробластов (Sorge et al.,1987) и в культурах клеток крови пациентов с болезнью Гоше (Fink et al., 1990), в результате чего была достигнута коррекция глюкоцеребрози- дазной активности. Такая же коррекция метаболическоих дефек- тов при болезни Ниманна-Пика и при синдроме Хантера была достигнута путем введения в соответствующие мутантные линии клеток нормальных кДНК генов SMPD1 и IDS соответственно. При этом активность идуронат-2-сульфатазы после ретровирусной трансдукции in vitro оказалась существенно выше нормальной и рекомбинантный фермент активно участвовал в метаболизме глю- козамногликанов. Генокоррекция первичного биохимического де- фекта при мукополисахаридозе YII (синдром Слая) была получе- на как in vitro, путем ретровирусного переноса нормального гена GUSB в мутантные фибробласты человека, так и in vivo на собаках и мышах. При этом у больных собак нормальный белок
(бета-глюкуронидаза) не только экспрессировался, но появ- лялся в лизосомах и восстанавливал процессинг специфических глюкозоаминогликанов (Wolf et al., 1990). Введение этого же гена (GUSB) в мутантные стволовые клетки мышей приводило к длительной экспрессии бета-глюкуронидазы, снижению лизосо- мального накопления в печени и мозге и частичной коррекции болезни у трансгенных животных (Wolf et al.,1992). В другом эксперименте GUBS-кДНК вводили в культивируемые мутантные фибробласты кожи мышей и затем трансдуцированные клетки имп- лантировали подкожно мутантным мышам. У всех животных наблю- дали экспрессию введенного гена и полное исчезновение ли- зосомальных отложений в печени и в мозге (Sly, 1993). Полу- ченные результаты подтверждают принципиальную возможность лечения, по крайней мере, некоторых лизосомных болезней с помощью методов генной терапии.
Раздел 10.3. Болезни экспансии, вызванные "динамически- ми" мутациями.
Обнаруженный в 1991г. новый тип так называемых динами- ческих мутаций и связанные с ними наследственные заболевания частично рассматривались нами в Главе IV. Однако их уникаль- ность, необычный механизм экспрессии, особенности наследова- ния, быстрый рост нозологий, обусловленных подобными наруше- ниями в последовательности ДНК, и, как оказалось, достаточно широкая распространенность (см.Табл.9.2) делают целесообраз- ным их более подробный анализ.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49
