ГЕНЕТИЧНА СІНТРОПІЯ АБО коморбидность? Клініко-патогенетичне АНАЛІЗ РЕЗУЛЬТАТІВ ДОСЛІДЖЕННЯ ПАЦІЄНТА З Моносомія 18Р

1 Вільянов В.Б. 1 Соловйова Н.В. 1 Кременицький С.А. 1 Кувшинова Я.В. 1

1 ЗАТ «Науковий центр персоналізованої психіатрії»

Проведено аналіз результатів полноекзомного секвенування хворого затримкою психічного розвитку та транзиторними психотичними станами. Виявлено ділянки делеции короткого плеча 18 хромосоми, що включають 57 генів і 12 некодуючих ділянок. Гени, найбільш значущі для розвитку захворювання у досліджуваного пацієнта, були систематизовані за групами: регулюють розвиток ембріона (TWSG1) і формування плаценти (TGIF-1), розвиток нервової системи і окремих мозкових структур (CENT1, TGIF-1, ADCYAP1, ZBTB14, TWSG1 ), контроль транскрипції і внутрішньоклітинний метаболізм, а також тканинної обмін. Показано, що генетичний дефект в основному зачіпає етапи ембріонального розвитку, нейрогенез і регуляцію транскрипції. Висловлено припущення, що фенотіческі подібні психопатологічні прояви мають многовариантную генетичну предиспозицию в структурі коморбидности або сінтропіі.

генотип-фенотип взаємодії

делеция 18р

шизофренія

ембріогенез

нейрогенез

порушення психічного розвитку.

1. Мутовін Г.Р. Нейроонтогенез і його порушення / Г. Р. Мутовін, С. С. Жиліна, З. Р. Умаханова // Дитяча лікарня - 2009. - № 2. - С. 36-43.

2. Пузирьов В.П. Генетичні основи коморбидности у людини / В. П. Пузирьов // Генетика - 2015. - Т. 51. - № 4.- С. 491.

3. Гуткевіч Є.В. Біологічні парадигми психічних розладів. Томские дослідження: історія, реальність і перспективи / Є. В. Гуткевіч, Е. А. Гуткевіч // Сибірський вісник психіатрії та наркології - 2016. - № 4 (93). - С. 14-15.

4. Blair DR, Lyttle CS, Mortensen JM, Bearden CF, Jensen AB et al. A nondegenerate code of deleterious variants in mendelian loci contributes to complex disease risk // Cell. 2013. Vol. 155. № 1.P. 70-80.

5. Andler W., Heuveldop A., Polichronidou T. Endokrinologische storungen bei Deletionen des chromosomes 18 // Monatsschr. Kinderheilkd. 1992. № 140.5. P. 303-306.

6. Turleau C. Monosomy 18p // Orphanet J. Rare Dis. 2008. № 3. P. 4.

7. Babovic-Vuksanovic D., Jenkins SC, Ensenauer R., Newman DC, Jalal SM Subtelomeric deletion of 18p in an adult with paranoid schizophrenia and mental retardation // Am. J. Med. Genet. A 2004. Vol. 124. № 3. P. 318-322.

8. Wester U., Bondeson ML, Edeby C., Annerén G. Clinical and molecular characterization of individuals with 18p deletion: A genotype-phenotype correlation // Am. J. Med. Genet. Part A. 2006. Vol. 140. № 11. P. 1164-1171.

9. Wang X. et al. Asymmetric centrosome inheritance maintains neural progenitors in the neocortex // Nature. 2009. Vol. 461. № 7266. P. 947-955.

10. Inooka H. et al. Conformation of a peptide ligand bound to its G-protein coupled receptor // Nat. Struct. Biol. 2001. Vol. 8. № 2. P. 161-165.

11. Bertolino E., Reimund B., Wildt-Perinic D., Clerc RG A novel homeobox protein which recognizes a TGT core and functionally interferes with a retinoid-responsive motif // J. Biol. Chem. 1995. Vol. 270. № 52. P. 31178-31188.

12. Gripp KW et al. Mutations in TGIF cause holoprosencephaly and link NODAL signalling to human neural axis determination. // Nat. Genet. 2000. Vol. 25. № 2. P. 205-208.

13. Graf D. et al. Evolutionary conservation, developmental expression, and genomic mapping of mammalian Twisted gastrulation // Mamm. Genome. 2001. Vol. 12. № 7. P. 554-560.

14. Brehm JM et al. Stress and bronchodilator response in children with asthma // Am. J. Respir. Crit. Care Med. 2015. Vol. 192. № 1. P. 47-56.

15. Tamas A. et al. Effect of PACAP in Central and Peripheral Nerve Injuries // Int J Mol Sci. 2012. Vol. 13. № 7. P. 8430-8448.

16. Stevens JS et al. PACAP receptor gene polymorphism impacts fear responses in the amygdala and hippocampus // Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2014. Vol. 111. № 8. P. 3158-3163.

17. Wang L. et al. PAC1 receptor (ADCYAP1R1) genotype is associated with PTSD's emotional numbing symptoms in Chinese earthquake survivors // J. Affect. Disord. 2013. Vol. 150. № 1. P. 156-159.

18. Hashimoto R. et al. Possible association between the pituitary adenylate cyclase-activating polypeptide (PACAP) gene and major depressive disorder // Neurosci Lett. 2010. Vol. 468. № 3. P. 300-302.

19. Katayama T., Hattori T., Yamada K., Matsuzaki S., Tohyama M. Role of the PACAP-PAC1-DISC1 and PACAP-PAC1-stathmin1 systems in schizophrenia and bipolar disorder: novel treatment mechanisms? // Pharmacogenomics. 2009. Vol. 10. № 12. P. 1967-1978.

20. Satoh K. et al. DAP-1, a novel protein that interacts with the guanylate kinase-like domains of hDLG and PSD-95 // Genes Cells. 1997. Vol. 2. № 6. P. 415-424.

21. Pickard BS et. al. Candidate psychiatric illness genes identified in patients with pericentric inversions of chromosome 18 // Psychiatr. Genet. 2005. Vol. 15. № 1. P. 37-44.

22. Stewart SE et al. Genome-wide association study of obsessive-compulsive disorder // Mol. Psychiatry. 2013. Vol. 18. № 7. P. 788-798.

23. Benit P., Beugnot R., Chretien D., Giurgea I. et al. Mutant NDUFV2 subunit of mitochondrial complex I causes early onset hypertrophic cardiomyopathy and encephalopathy // Hum. Mutat. 2003. Vol. 21. № 6. P. 582-586.

24. Loeffen JL et al. cDNA of eight nuclear encoded subunits of NADH: ubiquinone oxidoreductase: human complex I cDNA characterization completed. // Biochem. Biophys. Res. Commun. 1998. Vol. 253. № 2. P. 415-422.

25. Sobek-Klocke I. et al. The human gene ZFP161 on 18p11.21-pter encodes a putative c-myc repressor and is homologous to murine Zfp161 (Chr 17) and Zfp161-rs1 (X Chr) // Genomics. 1997. Vol. 43. № 43. P. 156-164.

26. Washizuka S. et al. Association of mitochondrial complex I subunit gene NDUFV2 at 18p11 with bipolar disorder in Japanese and the National Institute of Mental Health pedigrees // Biol. Psychiatry. 2004. Vol. 56. № 7. P. 483-489.

27. Washizuka S. et al. Association of mitochondrial complex I subunit gene NDUFV2 at 18p11 with bipolar disorder // Am. J. Med. Genet. B. Neuropsychiatr. Genet. 2003. Vol. 120B. № 1. P. 72-78.

28. Robinson BH Human Complex I deficiency: Clinical spectrum and involvement of oxygen free radicals in the pathogenicity of the defect // Biochim. Biophys. Acta - Bioenerg. 1998. Vol. 1364. № 2. P. 271-286.

29. Lee K. Human zinc finger protein 161, a novel transcriptional activator of the dopamine transporter // Biochem. Biophys. Res. Commun. 2004. Vol. 313- P. 969-976.

30. Orlov SV et al. Novel repressor of the human FMR1 gene - Identification of p56 human (GCC) n-binding protein as a Kruppel-like transcription factor ZF5 // FEBS J. 2007. Vol. 274. № 18. P. 4848-4862.

31. Almen M., Nordstrom KJ, Fredriksson R., Schioth HB Mapping the human membrane proteome: a majority of the human membrane proteins can be classified according to function and evolutionary origin // BMC Biol. 2009. Vol. 7 № 1. P. 50.

32. Senyürek I. et al. Processing of laminin α chains generates peptides involved in wound healing and host defense // J. Innate Immun. 2014. Vol. 6. № 4. P. 467-484.

33. Aldinger KA, Mosca SJ, Tetreault M., Dempsey JC, Ishak GE, Hartley T. et al. Mutations in LAMA1 cause cerebellar dysplasia and cysts with and without retinal dystrophy // Am. J. Hum. Genet. 2014. Vol. 95. № 2. P. 227-234.

34. Wetherill L. et al. Association of substance dependence phenotypes in the COGA sample // Addict. Biol. 2015. Vol. 20. № 3. P. 617-627.

35. GeneCards GeneCards®: The Human Gene Database [Електронний ресурс]. URL: http://www.genecards.org/ (дата звернення: 01.01.2017).

36. Volkers L., Mechioukhi Y., Coste B. Piezo channels: from structure to function // Pflugers Arch. Eur. J. Physiol. 2015. Vol. 467. № 1. P. 95-99.

37. McMillin MJ et al. Mutations in PIEZO2 cause Gordon syndrome, Marden-Walker syndrome, and distal arthrogryposis type 5 // Am. J. Hum. Genet. 2014. Vol. 94. № 5. P. 734-744.

Сучасне розуміння природи ендогенних психічних захворювань спирається на концепцію порушення нейроонтогенеза - генетично детермінованого структурного перетворення нервової тканини з моменту зародження і до моменту смерті організму [1]. Генетична концепція «дізісома», що об'єднує всі відомі комбінації «ген - хвороба», допускає феномен «множинності хвороб» у одного пацієнта, як прояв прямої коморбидности (сінтропіі), в тому випадку, якщо вони мають загальну молекулярно-генетичну причинність, зворотної коморбидности ( дістропіі) і коморбидности між менделевскими і багатофакторним хворобами [2]. Дослідження коморбидности між багатофакторним і хромосомними хворобами є одним з перспективних напрямків сучасних досліджень міжгенних взаємодій при формуванні патологічного фенотипу, оскільки сприяє більш диференційованої клінічної діагностики, прогнозування перебігу та розвитку зазначених розладів [3]. На сьогоднішній день виявлено асоціативні зв'язки шизофренії з хворобою Вільсона, мутацією Лейдена і деякими іншими менделирующих захворюваннями. Відповідно до гіпотези DR Blair et al., Гени, що викликають менделевское захворювання, здатні надавати ініціює ефект на гени багатофакторного розлади ( «транзиторна ассоциированность») [4].

Синдром де Груші (моносомія 18р, тип1) - рідкісне, внесена до реєстру OMIM (# 146390), генетичне захворювання з частотою народження 1:60 000. Поряд з типовими ознаками, що включають розумову відсталість, порушення фізичного розвитку і стигми дизонтогенеза, варіабельність клінічних проявів [5, 6]. Дві третини випадків моносомии 18р є результатом нової мутації; описані випадки генетичної (сімейної) передачі синдрому [7, 8]. Тип успадкування - аутосомно-домінантний. Виразність когнітивного дефіциту може варіювати від легкого ступеня до важкої в залежності від розміру делеції [8].

Ми провели комплексний, клініко-патогенетичний аналіз результатів полноекзомного секвенування пацієнта з гетерозиготною делецией 18 хромосоми. Особливістю клінічних проявів даного випробуваного була наявність у нього нетипових для даного синдрому транзиторних психопатологічних станів шизоформную характеру.

Мета дослідження полягала у вивченні молекулярно-генетичних передумов розвитку захворювання.

Завдання дослідження включали:

1. Визначення генів, які потрапили в зону пошкодження, і їх ролі в регуляції функціонування організму.

2. Систематизація зазначених генів з урахуванням їх значимості для нейроонтогенеза і ризику розвитку захворювань ЦНС.

3. Дослідження характеру і генетичної структури коморбидности виявлених психопатологічних проявів.

4. Обговорення отриманих даних.

Матеріали і методи дослідження

Вивчено результати клінічного спостереження (анамнестичні відомості і дані об'єктивного обстеження при огляді пацієнта в «Науковому центрі персоналізованої психіатрії»), показники ЕЕГ, нейропсихологічного дослідження, матеріали полноекзомного секвенування.

Аналіз проведено методами секвенування наступного покоління з використанням наборів для збагачення екзома Genotek Clinical Exome (Illumina Inc., США) і секвенування ДНК виробництва Illumina (Illumina Inc., США). Прилад - Illumina HiSeq2500. Середнє покриття - 78. Біоінформатіческая обробка даних проведена відповідно до регуляціями ACMG (США). Референсна послідовність Human genome 19 (hg19) build 37.

Виписка з амбулаторної історії хвороби випробуваного.

Хворий М. 2000 року народження. При зверненні в «Науковий центр персоналізованої психіатрії» в липні 2015 р батьки пацієнта пред'являли скарги на відставання сина в психічному розвитку від однолітків, психомоторне збудження протягом останніх декількох днів, що супроводжується порушенням сну (спить не більше 3 годин ночі), неможливість встановити з ним продуктивний контакт, безглузде проголошення одних і тих же фраз і повторення окремих фраз за оточуючими.

З анамнезу: народився першою дитиною з 3. Вік матері при його народженні - 32 роки, батькові - 35 років. Пологи в строк, вага при народженні 3,250 м Молодші діти здорові. З дитинства відставав у психічному розвитку від однолітків. Фразова мова з 5 років. Ходити почав з 1 року. У зв'язку з відставанням в розумовому розвитку відвідував корекційні заняття. З 8 років був переведений на індивідуальне навчання. Вміє читати і писати. Завжди відрізнявся поступливим характером, що не конфліктував з іншими дітьми, хоча вони його і ображали. Фізично розвинений добре, на момент обстеження зріст 163 см, але повільний, моторно незграбний. Із задоволенням катається на велосипеді. У віці 12 років був обстежений в Медико-генетичному науковому центрі РАМН. Каріотип: 46, XY, del (18) (p11.2). Восени 2014 року різко змінився в поведінці: став чинити опір виконанню звичних занять, відмовлявся готувати уроки, не реагував на звернену до нього мову, щось бурмотів, стереотипно повторював одні й ті ж фрази без зв'язку з навколишнім оточенням. Погано спав. Якщо раніше писав розбірливо і чітко, то тепер - якісь каракулі. Через 1,5 місяця зазначені порушення поведінки куповані (протягом 2 тижнів приймав пантокальцін і мексидол). Чергове загострення захворювання почалося в кінці травня 2015 року. Знову замкнулося, спочатку перестав виходити на вулицю, потім і зі своєї кімнати. Погіршення психічного стану поступово наростало: перестав реагувати на звернену мову, не спав ночами, відмовлявся від контакту з батьками, стереотипно повторював безглузді фрази. Зазначалося підвищення апетиту.

Оглянутий 07 липня 2015 р За словами батьків хворого: вночі погано спить, блукає по кімнаті. Не реагує на оточуючих, не може самостійно одягнутися, взяти їжу - тільки за допомогою близьких. Відсутнє почуття насичення.

Об'єктивно: Одягнений охайно. Поведінка впорядковане. Особа диспластичность, амімічное, рот постійно відкритий, язик висовується з рота. Погляд не фіксує, візуальний контакт зі співрозмовником не підтримує. Розумного контакту недоступний. Щось бурмоче нерозбірливо. Мова дизартричная, змащена, невиразна. Себе називає в третій особі ( «Він не хоче»). Відзначаються Вербигерации у вигляді стереотипного повторення одних і тих же фраз. На звернену до нього мова не реагує. Байдужий до оточення. Пасивно підкоряється прохання зайти, вийти, сісти. Призначення 15 мг хлорпротиксена викликало психомоторне збудження, в зв'язку з чим препарат був відмінений.

17 липня 2015 був призначений азалептин 50 мг на ніч і карбамазепін 200 мг 2 рази на день. Протягом 5 тижнів психічний стан хворого покращився. Поступово став більш адекватним, зникли стереотипии. В кінці серпня 2015 р психотропні препарати батьками пацієнта були скасовані самостійно. Оглянутий повторно в лютому 2016 року. За минулі півроку помітно зріс (зріст 165 см), змужнів. Розвиток зовнішніх статевих органів відповідає віку (3 бали за шкалою Таннера). Стереотипії і негативізм більше не поновлювалися. Залишається пасивним, безініціативним. Мова дизартричная, малозмістовна. Повідомив, що почав читати розповідь А.П. Чехова «Степ», назвав ім'я головного героя. Але розповісти зміст прочитаного, навіть в найзагальніших рисах, не зміг. Почерк і раніше нерозбірливий. При виконанні скороченого варіанту тесту Равена впорався тільки з завданнями серії «А», рішення яких базується на симультанном Гнозис; операції сукцессивно синтезу недоступні. Стигми дізембріогенеза: вроджена катаракта, гипертелоризм, широка і трохи сплющена перенісся, деформація вушних раковин (збільшення кута старанності вушної раковини до кісток черепа, приростання мочки), плоскостопість.

Висновок ЕЕГ-дослідження (11.02.2016). Відзначаються чіткі дифузні зміни біоелектричної активності мозку регуляторного характеру з ознаками подразнення кори, підкоркових діенцефальних і медіобазальних структур у вигляді десинхронізації, зниження індексу альфа-активності, значного збільшення індексу дифузійної і синхронної повільно-хвильової активності в фонового запису. Зниження межполушарной інтеграції в швидкому частотному діапазоні переважно в передніх відділах (в порівнянні з показниками банку даних вікової норми).

В результаті секвенування клінічного екзома у пацієнта були виявлені структурні порушення генома - гетерозиготна делеция короткого плеча 18 хромосоми, локуси p11.32, p11.31, р11.23 і р11.22 (рис. 1). Зона делеции включала сумарно 268 екзонів (-11269401п.н.). Початкова позиція делеции в геномі - 10 500 пар основ, кінцева позиція - 11287773 п.н.

Мал. 1. Зона делеции 18 хромосоми випробуваного

Результати дослідження

У зоні делеции виявилося 57 генів і 14 некодуючих ділянок. Грунтуючись на літературних даних, був проведений аналіз ролі і значення кожного із зазначених генів для розвитку і життєдіяльності організму. Відповідно до завдань дослідження, в окрему групу виділено гени, що мають найбільш істотне значення для розвитку захворювання (таблиця).

Функціональна значимість виділених генів

№

функціональна значимість

Назва генів

1.

Забезпечують повноцінність ембріонального етапу розвитку плода

TWSG1; CETN1; TGIF1.

2.

Безпосередньо беруть участь у формуванні ЦНС

ADCYAP1; DLGAP1.

3.

Мають вплив на формування центральної і периферичної нервової системи

ROCK1P1; USP 14; METTL4; MYL12B; NDUFV2; NAPG; PIEZO2; LAMA1; ZBTB14.

4.

Забезпечують внутрішньоклітинний метаболізм

YES1; TMEM200C; ARHGAP28; PTPRM; RAB12; MTCL1; PPP4R1; RAB31; RALBP1; TXNDC2; VAPA.

5.

регулятори транскрипції

THOC1; ANKRD12.

6.

Забезпечують захист генотипу від пошкодження

CLUL1; TYMS; NDC80; SMCHD1; MYL12A.

7.

Визначають розвиток органів і тканин

EMILIN2; LPIN2; MYOM1; APCDD1

8.

Регуляція обміну в-в

ENOSF1.

Короткий опис найбільш значимих генів

1. Гени, що визначають повноцінність ембріонального етапу розвитку плода

1. Ген центріна-1 (CETN1; p11.32) - грає ключову роль в процесі ембріонального нейрогенезу в вентрикулярной зоні кори розвивається головного мозку, де відбувається утворення шарів неокортексу [9].

2. Ген TGIF-1 (p11.31) забезпечує нормальне формування плаценти і подальший розвиток плода [10]. TGIF1 є фактором транскрипції, блокує вплив ретиноєвої кислоти на регуляцію генної активності [11]. Ретиноєва кислота пов'язана з групою факторів транскрипції генів, що грають важливу роль в ранньому розвитку. Блокуючи ці сигнальні шляхи, TGIF1 гарантує своєчасне відключення певних генів. TGIF1 бере участь в процесі поділу переднього мозку на праве і ліве півкулі, а також у створенні вентральних серединних структур. Мутації в цьому гені пов'язані з голопрозенцефаліей, яка є структурною аномалією мозку [12].

3. Ген TWSG1 p11.22 кодує білок, який є одним з основних модуляторів передачі сигналів кісткового морфогенетичного білка (BMP) у позаклітинному просторі на ранньому ембріогенезу - гаструляції (19). Кістковий морфогенетичний білок (BMP) сигнального регулює безліч процесів і розвитку організму, починаючи від раннього ембріогенезу і аж до дорослого життя людини. Аномалії сигналів ВМР призводять до порушень розвитку, включаючи голопрозенцефалія [13].

2. Гени, що безпосередньо визначають розвиток ЦНС

1. ADCYAP1 (p11.32.; Adenylate Cyclase Activating Polypeptide 1), PACAP. Активує гипофизарную аденилатциклазу поліпептид. Виявлено в гіпоталамусі, стовбурової частини головного мозку, гіпофізі. У гіпофізі PACAP стимулює секрецію ЛГ, СТГ, пролактину, АКТГ і ТТГ. РАСАР змінює вивільнення нейротрансмітерів в ЦНС [10,14], стимулює зростання аксонів і підвищує виживаність нейронів [15]. Продукти цього гена є ключовими медіаторами реакцій нейроендокринної системи на стрес, можуть визначати особливості переживання афекту страху, грати центральну роль у розвитку ПТСР і інших тривожних розладів [16,17]. Виявлено зв'язок гена РАСАР з розвитком великого депресивного розладу і шизофренією [18-20].

2. DLGAP1 (p11.31; discs, large (Drosophila) homolog-associated protein, (GKAP). GKAP забезпечує щільність постсинаптических нейронів, регулює активність глутаматних рецепторів в стриатуме [20]. GKAP грає фундаментальну роль в позиціонуванні центросоми (19). захворювання, пов'язані з DLGAP1, включають в себе обсесивно-компульсивний розлад і інші психічні захворювання [21,22].

3. Гени, які здійснюють регуляцію внутрішньоклітинної діяльності

1. NDUFV2. (P11.22). Мутації в гені NDUFV2 пов'язані з дефіцитом мітохондріального комплексу I [23,24]. У більшості випадків мутації зафіксовані в ядерних кодують генах [25-27], викликаючи нейродегенеративні розлади. Фенотипи включають мікроцефалія з прогресивною лейкодистрофією, неспецифічні енцефалопатії, синдром Лі (Leigh), спадкову оптичну нейропатію і деякі форми хвороби Паркінсона [28].

2. ZBTB14 (p11.31) zinc finger and BTB domain containing 14.

Даний білок регулює активність фактора транскрипції, зокрема переносника дофаміну [29]. Є дані, що дозволяють розглядати зв'язок цього гена з розвитком голопрозенцефалія 4 типу (32) і синдрому Мартіна-Белл [30].

3. TMEM200C (p11.31-p11.23) transmembrane protein 200C, TTMA. Трансмембранні білки виконують транспортну функцію, дозволяючи специфічним речовинам перес