На правах рукописи МИНГАЗОВА ЭЛЬВИРА ЗАНФИРОВНА

На правах рукописи
МИНГАЗОВА ЭЛЬВИРА ЗАНФИРОВНА
КЛИНИКО-ЭПИДЕМИОЛОГИЧЕСКОЕ И МОЛЕКУЛЯРНОГЕНЕТИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ ПРОГРЕССИРУЮЩИХ
СПИНОЦЕРЕБЕЛЛЯРНЫХ АТАКСИЙ В РЕСПУБЛИКЕ
БАШКОРТОСТАН
14.00.13 – нервные болезни
03.00.15 - генетика
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата медицинских наук
Уфа - 2009
Работа выполнена в Институте биохимии и генетики
Уфимского научного центра РАН
Научные руководители:
доктор медицинских наук, профессор
доктор биологических наук
Магжанов Рим Валеевич
Хидиятова Ирина Михайловна
Официальные оппоненты:
кандидат медицинских наук
доктор медицинских наук, профессор
Клюшников Сергей Анатольевич
Зинченко Рена Абульфазовна
Ведущая организация:
Московский областной научно-исследовательский клинический институт им.
М.Ф.Владимирского
Защита диссертации состоится « 08 » декабря 2009 года в 12 часов на
заседании диссертационного совета Д 001.006.01 при Учреждении РАМН
Научном центре неврологии РАМН по адресу: 125367, Москва, Волоколамское
шоссе, 80.
С диссертацией можно ознакомиться библиотеке НЦН РАМН
Автореферат разослан « » ноября 2009 г.
Ученый секретарь диссертационного совета
кандидат медицинских наук
Домашенко М.А.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы Прогрессирующие аутосомно-доминантные
спиноцеребеллярные атаксии (АД СЦА) – это генетически и клинически
гетерогенная группа нейродегенеративных заболеваний, обусловленных
атрофическими изменениями в мозжечке и других отделах головного и спинного
мозга. Их общей характеристикой является прогрессирующее расстройство
координации движений, во многих случаях ассоциированное с офтальмоплегией,
пирамидными и экстрапирамидными знаками, деменцией, пигментарной
ретинопатией и периферической нейропатией [Conner K.E. et al., 1993; Zoghbi
H.Y., 2000; Yong-Xing Z. et al. ; 2001 Иллариошкин С.Н. и др., 2006]. Клиническая
вариабельность АД СЦА связана с их значительной генетической
гетерогенностью: к настоящему времени картировано 26 хромосомных локусов
(AD SCAs), в 16 из которых идентифицированы мутантные гены. В 10 из этих
генов мутации представляют собой экспансию внутригенных микросателлитных
повторяющихся последовательностей, в остальных 6-х генах это – различные
точковые мутации. Известны и семьи с СЦА с неустановленной локализацией
генов, существует и значительное число спорадических случаев заболевания с
неизвестным генетическим дефектом [Иллариошкин С.Н. и др., 1995, 2002; 2006;
Willems P., 1994; Brice A., 1998; Stevanin G. et al., 2000]. Заболевание встречается
повсеместно, с распространенностью 1 на 100 тыс. населения в среднем в мире, но
с широкой популяционной вариабельностью значений распространенности как
всей группы АД СЦА, так и ее отдельных генетических форм [Иллариошкин С.Н.
и др., 2006].
Диагностика СЦА основана на клиническом, семейном анализе. Из
параклинических методов исследования дифференциально-диагностическое
значение принадлежит методам нейровизуализации: компьютерной томографии
(КТ), магнитно-резонансной томографии (МРТ) головного мозга, исключающим
аномалии развития, последствия сосудистой патологии и травм, неопластические
и прочие состояния. Совокупность изменений, выявляемых при КТ/МРТисследованиях, могут в ряде случаев позволить заподозрить ту или иную форму и
наметить последовательность генов, подлежащих исследованию для установления
ДНК-диагноза [Яхно Н.Н., 2007; Savoiardo M. et al., 1990; Friedman M.J. et al.,
2006]. Дополнительную информацию также представляют данные ЭМГ и ЭНМГисследований, позволяющие выявлять диагностически значимые признаки
сенсорной и моторно-сенсорной невропатии, или денервации скелетных мышц.
Информативно офтальмологическое исследование при выявлении пигментной
4
ретинопатии или атрофии зрительных нервов и некоторые другие методы
исследования при длительном течении. Однако, учитывая значительное
разнообразие генетических вариантов АД СЦА, редкость многих его форм, и,
соответственно, недостаточную изученность гено-фенотипических корреляций,
эти методы, даже в совокупности с клиническими исследованиями, не позволяют
определить точный вариант заболевания. Точная диагностика возможна только с
помощью методов ДНК-анализа, позволяющих как идентифицировать
генетические формы АД СЦА у больных, так и проводить пресимптоматическую и
пренатальную диагностику в отягощенных семьях, что особенно важно в связи с
тяжелым инвалидизирующим течением заболевания и отсутствием эффективных
методов его лечения. Учитывая вышесказанное, комплексные эпидемиологические
исследования АД СЦА в конкретных регионах, включающие определение
распространенности заболевания, генетическую идентификацию его отдельных форм
и детальное описание их клинической картины являются основой для оптимизации
генетического консультирования этой группы заболеваний в соответствующих
регионах и вносят вклад в познание этиопатогенеза заболевания в целом. В
Республике Башкортостан - одной из многонациональных республик ВолгоУральского региона России, - эпидемиологические и молекулярно-генетические
исследования спиноцеребеллярных атаксий ранее не проводились, но
представляют значительный теоретический и практический интерес в связи с
существующей генетической подразделенностью населения и своеобразием
генофонда отдельных, проживающих здесь популяций.
Одним из важных аспектов молекулярно-генетических исследований
болезней «экспансии» является изучение характера полиморфизма локусов,
содержащих повторяющиеся последовательности в соответствующих генах, в
популяциях среди здоровых лиц. Такой анализ направлен на познание механизмов
возникновения и распространения болезней «экспансии» в популяциях человека.
Предполагается, что чем больше в популяции аллелей SCA гена с числом
повторов, близким к верхней границе нормы («переходных» аллелей), являющихся
более нестабильными и склонными к дальнейшей экспансии, тем выше может
быть частота соответствующей мутации в данной популяции [Takano H. et al.,
1998, цит. по Иллариошкин С.Н. и др., 2006]. Для СЦА1 определяющим фактором
в этом отношении может служить и частота в популяции аллелей гена SCA1 с
отсутствием CAT-вставок, прерывающих (CAG)n-последовательность и служащих
стабилизирующим фактором для (CAG)n-тракта. Однако до сих пор эти вопросы
остаются на уровне предположений, а наибольшее число популяционных
5
исследований нормального числа тринуклеотидных повторов касается гена SCA1,
ответственного за наиболее частую форму заболевания. Волго-Уральский регион в
этом плане также ранее не был изучен. Поэтому анализ полиморфизма генов АД
СЦА в этом регионе является актуальной проблемой, разработка которой
способствовала бы разрешению ряда важных вопросов, связанных с механизмами
возникновения и распространения заболевания.
В связи с вышеизложенным, были определены цели и задачи исследования.
Целью работы является оптимизация подходов к диагностике и медикогенетическому консультированию прогрессирующих аутосомно-доминантных
спиноцеребеллярных атаксий в Республике Башкортостан на основе изучения их
распространенности, клинических и молекулярно-генетических особенностей.
Задачи исследования:
1. Провести клиническое и генеалогическое обследование больных и их
родственников в семьях с прогрессирующими спиноцеребеллярными атаксиями из
Республики Башкортостан.
2. Провести анализ числа микросателлитных повторов в генах ATXN1(SCA1),
ATXN2(SCA2), ATXN3(SCA3), CACNL1A4(SCA6), PPP2R2B(SCA12), TBP(SCA17) и
DRPLA у больных с АД СЦА из Республики Башкортостан.
3. Изучить особенности клинических проявлений и данных МРТ-исследования
при разных генетических вариантах заболевания.
4. Провести анализ распределения числа микросателлитных повторов в генах
ATXN1(SCA1), ATXN2(SCA2), ATXN3(SCA3), CACNL1A4(SCA6), PPP2R2B(SCA12),
TBP(SCA17) и DRPLA у здоровых индивидуумов в популяциях Волго-Уральского
региона.
5. Оценить распространенность прогрессирующих спиноцеребеллярных
атаксий и распределение отдельных генетических форм заболевания в Республике
Башкортостан.
Научная новизна исследования:
Впервые получены оценки распространённости спиноцеребеллярных
атаксий в Республике Башкортостан, с учетом административно-территориальной
и этнической подразделенности населения.
Впервые в семьях больных СЦА из РБ проведено комплексное клиникогенетическое обследование, включающее анализ клинической картины и данных
МРТ, и исследование семи генов (ATXN1(SCA1), ATXN2(SCA2), ATXN3(SCA3),
CACNL1A4(SCA6), PPP2R2B(SCA12), TBP(SCA17) и DRPLA), ответственных за
развитие заболевания. В результате данного исследования выявлены семьи с
6
СЦА1 и СЦА6; определен вклад этих генетических форм в структуру аутосомнодоминантных спиноцеребеллярных атаксий в исследуемом регионе. Описаны
особенности клинической картины больных из семей с выявленными типами СЦА
при определенных значениях числа (CAG)n повторов в соответствующих генах.
Клиническая картина СЦА1, при экспансии в 45 копий CAG- повторов,
складывалась из динамической и статико-локомоторной атаксии, спастического
тетрапареза, более выраженного в ногах, вестибулярной дисфункции и
расстройств речи по типу мозжечковой дизартрии. Глубокая чувствительность
снижена на нижних конечностях. Изменения со стороны глубоких рефлексов и
тонуса мышц указывали на вовлечение задних канатиков спинного мозга и
пирамидных путей. Клиническая картина СЦА6, при экспансии 25 копий CAG–
повторов, складывалась из нарастающей мозжечковой статико-локомоторной
атаксии с расстройством координации движений в руках, мозжечковой дизартрии
и вестибулярной дисфункции в виде приступов системного головокружения и
нистагма. Изменения со стороны глубоких рефлексов указывали на вовлечение
пирамидного тракта, что типично для AД СЦА.
Впервые в выборках здоровых индивидов из трех популяций РБ -русских,
башкир и татар, - проведено изучение полиморфизма локусов (CAT)n- повторов
гена SCA1, (CAG)n- повторов генов SCA2, SCA3, SCA6, SCA12, SCA17 и DRPLA;
установлена частота «длинных» аллелей, что, наряду со сведениями о
распространенности соответствующих типов АД СЦА, вносит вклад в познание
механизмов возникновения экспансии микросателлитных последовательностей.
Изучение полиморфизма локуса (CAG)n- повторов гена SCA1 проведено также в
одиннадцати популяциях Волго-Уральского региона (три этногеографические
группы башкир, татары, русские, чуваши, удмурты, мари, коми, две
этногеографические группы мордвы). Сравнительный анализ полученных данных
с таковыми по ряду других популяций мира позволил подтвердить предположение
о решающей роли числа САТ-вставок в последовательности CAG-повторов гена
SCA1 в процессе возникновения CAG- экспансии. Существующее предположение
о зависимости распространенности АД СЦА от числа «длинных» аллелей генов
AD SCA не было подтверждено для СЦА2 и СЦА3, но не было исключено для
СЦА6.
Научно-практическая значимость работы:
Полученные
оценки
распространенности
СЦА
важны
для
совершенствования системы специализированного неврологического наблюдения,
медицинской и социально-реабилитационной помощи больным и их семьям в
7
исследованном регионе. Выявление этиологической основы заболевания у
больных, а также носителей мутантного гена способствует проведению ранних
лечебно-профилактических мероприятий, позволяющих отсрочить клиническую
манифестацию заболевания или замедлить темпы его прогрессирования. Кроме
того, является необходимым условием для проведения пренатальной диагностики
с целью профилактики повторных случаев заболевания в семьях.
Результаты проведенного исследования вносят определенный вклад в
геногеографичекое картирование наследственной патологии на территории одного
из крупных регионов России.
Внедрение результатов исследования в практику
Разработанные формализованная карта и регистр по спиноцеребеллярным
атаксиям используются в медико-генетической консультации Республиканского
перинатального центра г.Уфы.
Материалы работы с 2008 г. включены в программу обучения врачейинтернов, клинических ординаторов, аспирантов кафедры неврологии с курсом
нейрохирургии и медицинской генетики Башкирского государственного
медицинского университета.
Положения, выносимые на защиту:
1. Неравномерное
территориальное
и
этническое
распространение
спиноцеребеллярных атаксий в Республике Башкортостан.
2. Невысокая распространенность генетических форм СЦА1 и СЦА6 в
Республике Башкортостан, отсутствие форм СЦА2, СЦА3, СЦА12, СЦА17 и
ДРПЛА.
3. Отсутствие четких клинических различий у больных СЦА с разными типами
наследования. Преобладание в клинической картине СЦА1 и СЦА6 в РБ статиколокомоторной атаксии с расстройством координации движений в руках,
спастического тетрапареза (СЦА1), вестибулярной дисфункции в виде приступов
системного головокружения (СЦА6) и нистагма, расстройств речи по типу
мозжечковой дизартрии. Изменения со стороны глубоких рефлексов и тонуса
мышц указывают на вовлечение задних канатиков спинного мозга и пирамидного
тракта, что типично для AД СЦА.
4. Отсутствие CAT-вставок в нормальной последовательности CAG-повторов в
гене SCA1 является основным фактором, предрасполагающим к возникновению
экспансии CAG-повторов, приводящей к развитию заболевания.
5. Характеристика полиморфизма локусов CAG- повторов в гене SCA1 в
одиннадцати популяциях Волго-Уральского региона, в генах SCA2, SCA3, SCA6,
8
SCA12, SCA17 и DRPLA – в популяциях русских, башкир и татар из РБ;
гетерогенность исследуемых популяций по распределению частот аллелей генов
SCA1, SCA3, SCA6 и SCA12.
6. Для генов SCA2 и SCA3 не подтверждено предположение о зависимости
распространенности соответствующих заболеваний в популяциях от частоты
«длинных» («переходных») аллелей локусов CAG-повторов; для гена SCA6 такая
зависимость не исключена.
Апробация работы
Основные положения диссертации были представлены на конференциях
Европейского общества генетиков человека (ESHG) (Ницца, 2007; Барселона,
2008), школе-семинаре «Биомика-наука XXI века» (Уфа, 2007), школе молодых
ученых «Геномика и эволюция» (Звенигород, 2008), XX Международном
конгрессе генетиков (Берлин, 2008), 8-ой Балканской конференции по генетике
человека (Хорватия, 2009), V съезде Российского общества генетиков и
селекционеров им. Н.И. Вавилова (Москва, 2009), на ученом совете Института
биохимии и генетики УНЦ РАН 22 октября 2009 года.
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 9 работ, из них 2 статьи – в
изданиях, рекомендованных ВАК.
Структура и объем диссертации
Работа изложена на 156 страницах машинописного текста. Состоит из
введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования,
результатов и обсуждения, заключения, выводов и списка литературы,
включающего 215 источников, из них 187 работ зарубежных авторов. Диссертация
иллюстрирована 37 рисунками и 24 таблицами, дополнена приложением (6 стр.).
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Материалы исследования
В работе использованы образцы ДНК 72 больных СЦА из 55 неродственных
семей и 53 их фенотипически здоровых родственника, проживающих в РБ.
Сведения о больных были получены из базы данных Медико-генетической
консультации РБ и из материалов ежегодных отчетов неврологов всех городов и
районов республики, собираемых на кафедре неврологии с курсами
нейрохирургии и медицинской генетики Башкирского государственного
медицинского университета (БГМУ). Полученные таким образом сведения
дополнительно уточнялись на момент исследования как путем целенаправленного
запроса в центральные городские и районные больницы, так и в процессе
9
экспедиционных выездов 2007-2009гг., проводимых нами совместно с
сотрудниками кафедры неврологии БГМУ с целью дополнительного клинического
осмотра больных и членов их семей, и забора крови для ДНК-анализа.
Популяционная выборка здоровых индивидов, у которых проводилось
исследование полиморфизма числа тандемных повторов в генах AD SCAs,
представлены коренными жителями Волго-Уральского региона: башкирами (318
чел.) из Абзелиловского (123 чел.), Бурзянского (100 чел.), Стерлибашевского (95
чел.) районов РБ, татарами (170 чел.) из Буинского района Республики Татарстан,
марийцами (81 чел.) из Республики Марий Эл (Йошкор-Ола), мордвой мокшей (55
чел.) из Старошайгинского района и эрзя (46 чел.) из Атяшевского района
Республики Мордовия, удмуртами (82 чел.) из Шарканского района Республики
Удмуртия, коми (108 чел.) из Коми-пермяцкого автономного округа (с. Юсьма, с.
Ко-са), чувашами (138 чел.) из Чебоксарского, Марпосадского и Ибресинского
районов Республики Чувашия, русскими (90 чел.) из Республики Башкортостан.
Методы исследования
Диагноз ставили на основании жалоб больных, клинико-неврологического
исследования и данных инструментальных методов исследования (МР-томография
головного мозга). Формулировка диагноза проводилась в соответствии с
требованиями «Международной классификации болезней» 10-го пересмотра
(МКБ-10) (1994г.). Наследственные атаксии относятся к VI классу МКБ-10:
болезни нервной системы (системные атрофии, поражающие преимущественно
центральную нервную систему), рубрика G11.
Для уточнения диагноза использовались нейровизуализационные и
молекулярно-генетические методы. Нейровизуализационные методы исследования
были проведены у 63 пациентов и включали магнитно-резонансную томографию
(МРТ) головного мозга.
ДНК была выделена из периферической крови методом фенольнохлороформной экстракции [Mathew et al.,1984]. Анализ числа CAG -повторов в
генах
ATXN1(SCA1),
ATXN2(SCA2),
ATXN3(SCA3),
CACNL1A4(SCA6),
PPP2R2B(SCA12), TBP(SCA17) и DRPLA осуществляли методом секвенирования и
полимеразной цепной реакции синтеза ДНК (ПЦР). Для идентификации наличия
CAT-вставок в последовательности (CAG)n-повторов гена SCA1 использовали
метод полиморфизма длин рестрикционных фрагментов (ПДРФ). Результаты ПЦР
и ПДРФ оценивали при проведении электрофореза в 7% полиакриламидном геле.
Статистическая обработка полученных данных проводилась с
использованием пакета программ: MS Office Excel 2003 [Microsoft], GenePop ver.
10
3.3 [Rousset F., 2001], Biostat [Гланц., 1999]. Определение критериев χ2, Стьюдента
(t), частот аллелей и генотипов, оценку соответствия характера распределения
частот генотипов равновесию Харди-Вайнберга, расчет индексов наблюдаемой и
ожидаемой гетерозиготности, проводили по стандартным формулам.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
1. Распространенность СЦА в Республике Башкортостан.
В РБ с населением 4 104 336 человека (перепись 2002г.) в настоящее время
состоят на учете 105 больных из 83 семей со спиноцеребеллярными атаксиями.
Исходя из этого, распространенность СЦА в РБ в среднем составила 2,56 на 100
тыс. населения. В процессе проведения исследования у одного пациента диагноз
был снят и установлен диагноз аномалия Арнольда-Киари (с помощью МРтомографии, которая ранее не проводилась). Пациент был исключен из выборки.
СЦА на территории РБ распространены неравномерно (рис.1). Заболевание
зарегистрировано в 25 из 54 административных районов и в 15 из 21 города.
Наблюдается широкий разброс значений распространенности в районах РБ – от
1,3 до 22,1 на 100 000 населения, большинство показателей находится в пределах
2,1 – 7,4:100 тыс. На разброс показателей распространенности заболевания могут
влиять значительные различия численности населения отдельных районов
(«эффект малых выборок»), а также было установлено, что в отдельных районах с
повышенной распространенностью заболевания проживают больные с АД СЦА
(по несколько больных в семьях).
Распределение больных по половому составу выглядит следующим образом:
мужчин - 53 (50,5%), женщин – 52 (49,5%). При численности мужского и женского
населения в РБ, соответственно 1923,2 тыс. (46,9%) и 2181,1 тыс. (53,1%)
(перепись 2002г.), различие в распределении по полу не имеет статистической
значимости (р > 0,5).
По этническому составу 105 больных СЦА, проживающих в РБ,
распределяются следующим образом: татар - 41 (39,0%), русских - 33 (31,4 %),
башкир - 24 (22,9%), чувашей - 3 (2,86%), удмуртов - 1 (0,95%), белорусов - 1
(0,95%). Кроме того, 2 (1,9%) больных СЦА являлись метисами от
межнациональных браков башкир и татар (рис.2).
Поскольку, как среди больных, так и в структуре населения РБ преобладают
русские, башкиры и татары, мы провели статистический анализ случайности
распределения больных по этнической принадлежности для данных трех
этнических групп. В результате этого анализа выявлено статистически значимое
11
СЦА1
СЦА6
Рисунок 1. Распространенность СЦА на территории Республики Башкортостан.
удмурты; беларусы;
0,95%
0,95%
метисы;
чуваши;
1,90%
2,86%
башкиры;
22,90%
татары;
39,00%
русские;
31,40%
Рисунок 2. Этнический состав больных СЦА в Республике Башкортостан.
12
различие в распределении больных по этническим группам по сравнению с общей
популяцией РБ. Наиболее часто в РБ спиноцеребеллярные атаксии встречаются
среди татар (χ2=6,41; df=1; p=0,01), реже среди башкир (χ2=1,13; df=1; p=0,3) и
русских (χ2=0,39; df=1; p=0,5).
Клинико-генеалогический анализ позволил установить в 30,1% семьях (25
случаев) аутосомно-доминантный тип наследования, в 12,0% (10 случаев) аутосомно-рецессивный тип наследования, в 57,8% (48 случаев) – спорадический.
Таким образом, распространенность АД СЦА в РБ в среднем составила 0,88
на 100000 населения, а доля семей с АД СЦА из числа семей с СЦА - 24,1%, что
несколько ниже, чем в ряде других обследованных ранее регионах России
[Иллариошкин С.Н. и др., 2006].
2. Клинико-генетическое исследование пациентов со спиноцеребеллярными
атаксиями из Республики Башкортостан.
На
основании
молекулярно-генетического
исследования
в
3-х
неродственных семьях был достоверно установлен тип СЦА.
СЦА1 выявлена в одной семье татарской этнической принадлежности,
проживающей в Салаватском районе (рис.1), у 3-х больных сибсов (рис.3). При
анамнестическом обследовании ближайших родственников подобное заболевание
было выявлено у матери пробанда.
У всех обследованных больных была обнаружена экспансия (CAG)nповторов гена ATXN1(SCA1), которая была подтверждена с помощью ПДРФанализа (отсутствие сайта рестрикции для эндонуклеазы SfaN1). Во всех случаях
мутантный аллель гена содержал 45 копий CAG - повторов без (CAT)n – вставки
(рис.4).
I
(1929-1993)
1
(1929-2007)
2!
II
1
2!
3!
4
5!
6!
7!
8!
7!
8!
9
10
11
12
12
13
III
1
2
3
4
5
1
2
6!
9
10
IV
Рисунок 3. Родословная обследованной семьи Х. с СЦА1.
11
13
1
2
3
4
Рисунок 4. Электрофоретическое разделение продуктов амплификации локуса
(CAG)n гена (ATXN1)SCA1 с указанием генотипов (1 - контрольный
просеквенированный образец ДНК с экспансией CAG – повторов, 2, 4 –
контрольные образцы ДНК с нормальным числом CAG-повторов, 3 – образец ДНК
пробанда из семьи Х. с СЦА1 с 45 копиями CAG – повторов).
Клиническая картина при СЦА1 в данной семье складывалась из клиники
динамической и статико-локомоторной атаксии, спастического тетрапареза, более
выраженного в ногах, вестибулярной дисфункции (характеризующейся в данном
случае нистагмом) и расстройств речи по типу мозжечковой дизартрии. Глубокая
чувствительность снижена у всех больных на нижних конечностях. Изменения со
стороны глубоких рефлексов и тонуса мышц указывают на вовлечение задних
канатиков спинного мозга и пирамидных путей, что типично для AД СЦА.
Характерно, что у всех больных заболевание началось с 4-5-летнего возраста
со снижения слуха, после переохлаждения. Затем через 3-5 лет присоединилась
клиника атаксии. При клиническом и анамнестическом обследовании ближайших
родственников других больных со снижением слуха выявлено не было. Тугоухость
при СЦА1 также ранее не была описана в литературе.
СЦА1
характеризуется
быстрым
прогрессированием
заболевания
(продолжительность болезни не превышает 10-20 лет), что не характерно для
описываемой семьи: обследованные нами больные только через 33-37 лет от
момента манифестации заболевания не были способны к самообслуживанию из-за
выраженных координаторных нарушений, нуждались в постороннем уходе и были
признаны инвалидами II группы. Медленное прогрессирование заболевания в этой
семье и видимая стабилизация состояния в течение длительного времени,
вероятно, связана с невысокой степенью экспансии. На МРТ головного мозга
пробанда из семьи Х. с СЦА1 выявляется атрофия полушарий и червя мозжечка,
что согласуется с литературными данными.
СЦА6 была выявлена в двух неродственных семьях башкирской этнической
принадлежности, проживающих в Баймакском районе (рис.1). По клиникоанамнестическим данным, в одной семье (А) заболевание носит спорадический
14
характер (единственный случай в семье), при клиническом обследовании
ближайших родственников других больных выявлено не было; в другой семье (Б)
заболевание прослеживается в 4-х поколениях у 8 родственников (рис.5).
У всех больных из обеих семей, а также у одного из трех членов семьи Б. без
клинических признаков заболевания выявлена экспансия (CAG)n-повторов гена
CACNL1A4(SCA6). Во всех случаях мутантный аллель гена содержал 25 копий
триплетов, число которых не изменялось при передаче из поколения в поколение
(рис.6). О достаточно высокой стабильности (CAG)n-повторов в этом гене
свидетельствуют и данные других авторов [Иллариошкин С.Н., Руденская, 2006].
I
1
2
II
1
2
3
4
III
1!
2
3!
4
5!
6
7!
8
13!
14
9
IV
1
2
3!
4
5
6
7
8
9
10 11!
12
V
1
2
3
4
5
Рисунок 5. Родословная обследованной семьи Б. с СЦА6.
Экспансия
Нормальные аллели
1
2
3
4
5
6
7
8
Рисунок 6. Электрофоретическое разделение продуктов амплификации локуса
(CAG)n гена (CACNL1A4)SCA6 с указанием генотипов (1 – контроль; 2 (III-1), 5
(III-3), 6 (IV-3), 7 (III-7) – экспансия; 3 (IV-11) – доклинический носитель; 4 (III-5),
8 (IV-13) – здоровые члены семьи).
Клинические проявления СЦА6 в данной семье складывались из
нарастающей мозжечковой статико-локомоторной атаксии с расстройством
координации движений в руках, мозжечковой дизартрии и вестибулярной
дисфункции в виде приступов системного головокружения и нистагма. Повторные
15
приступы головокружения являются достоверным маркером СЦА6, что позволило
предположить данный тип СЦА в обследованной семье. Чувствительных
нарушений нет. Изменения со стороны глубоких рефлексов указывают на
вовлечение пирамидного тракта, что типично для AД СЦА.
У здорового носителя мутантного гена (29 лет), по-видимому, еще не
достигшего возраста манифестации, при клиническом осмотре отсутствовали
неврологические проявления заболевания.
СЦА6, в отличие от других типов AД СЦА, характеризуется медленным
прогрессированием заболевания, что справедливо для описываемой семьи Б.:
обследованные нами больные только через 20-30 лет от момента манифестации
заболевания не были способны к самообслуживанию из-за выраженных
координаторных нарушений, нуждались в постороннем уходе и были признаны
инвалидами III группы. На МРТ головного мозга пробанда выявляются признаки
умеренной атрофии червя и полушарий мозжечка, что согласуется с
литературными данными.
Таким образом, в результате молекулярно-генетического исследования,
включающего анализ 7 генов у 72 больных и членов их семей (55 неродственных
семей) с СЦА из РБ, выявлено только 2 типа АД СЦА в трех неродственных
семьях, в которых было возможным сопоставление генетических и клинических
особенностей заболевания.
Молекулярно-генетический анализ остальных больных с СЦА выявил
нормальные значения числа тринуклеотидных повторов в исследованных генах,
что позволило сделать заключение об отсутствии форм СЦА2, СЦА3, СЦА12,
СЦА17 и ДРПЛА в структуре АД СЦА в Республике Башкортостан.
Сравнительный анализ клинической картины у других больных из РБ был
проведен в зависимости от установленного типа наследования заболевания.
Возраст появления первых клинических признаков значительно варьирует у
больных спиноцеребеллярной атаксией. В обследованной нами выборке больных
этот показатель составлял от 1 года до 52 лет. При сравнении возраста
неврологической манифестации у больных с аутосомно-доминантным, аутосомнорецессивным и спорадическим типом наследования не выявлено достоверных
отличий (р>0,05). При всех типах наследования, большинство больных имели
длительность заболевания до 20 лет: 56,8%, 42,9% и 64,3% при АД СЦА, АР СЦА
и при спорадическом типе наследования СЦА соответственно. В целом, по
продолжительности заболевания при всех типах наследования между мужчинами
и женщинами также нет достоверных отличий (р>0,05).
16
Среди 72 обследованных пациентов больше половины (61,1%) имело
иинвалидность. При сравнении среднего возраста инвалидизации у больных в трех
вышеописанных группах не выявлено достоверных отличий (р>0,05).
При сравнении распределения больных СЦА по группам инвалидности были
выявлены достоверные отличия по распространенности инвалидов I группы,
которые были представлены только среди пациентов с СЦА со спорадическим
типом наследования (р<0,05) (рис.7).
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
t=4,37; p=0,048
не установлена
группа
инвалидности
I гр.инвалидности
IIгр.инвалидности
IIIгр.инвалидности
АД СЦА
АР СЦА
спорадический
тип СЦА
Рисунок 7. Рапределение больных СЦА с различным типом наследования по
группам инвалидности.
С целью выявления дифференциально-диагностических признаков был
проведен сравнительный анализ встречаемости основных клинических симптомов
в разных группах сравнения (АД, АР, спорадический тип СЦА). Сравнение
клинических признаков в данных группах позволило прийти к заключению, что в
целом, по клинической картине АД СЦА не отличается от АР СЦА и
спорадической группы СЦА, различия не достигают уровня статистической
значимости (р>0,05). Частота отдельных клинических проявлений в общей группе
обследованных больных с СЦА представлена на рисунке 8.
мозжечковая атаксия
120
100
80
60
100
84,7
координаторные
расстройства
77,8
мозжечковая дизартрия
51,4
50
чувствительные
нарушения
43,1
40
27,8
20
вестибулярная
дисфункция
нистагм
0
Неврологические проявления
глазодвигательные
нарушения
Рисунок 8. Частота неврологических проявлений у больных с СЦА (в %).
17
Таким образом, при первичном осмотре пациента, при сочетании
мозжечковой атаксии с дополнительными клиническими симптомами можно
предположить СЦА. Однако данные признаки не могут служить четкими
дифференциально-диагностическими критериями для отдельных генетических
форм СЦА.
3. Характеристика полиморфизма нормального числа (CAG)n - повторов в
генах ATXN1(SCA1) ATXN2(SCA2), ATXN3(SCA3), CACNL1A4(SCA6),
PPP2R2B(SCA12), TBP(SCA17) и DRPLA в различных этнических группах.
Нами был проведен анализ распределения числа (CAG)n-повторов
нормальных аллелей гена SCA1 в 11 популяциях Волго-Уральского региона, а
также генов ATXN2(SCA2), ATXN3(SCA3), CACNL1A4(SCA6), PPP2R2B(SCA12),
TBP(SCA17) и DRPLA в 3 этнических группах – русских, татар и башкир,
проживающих в РБ.
В гене SCA1 при исследовании образцов ДНК 1088 индивидов обнаружено
13 вариантов аллелей (рис.9). Переходные аллели – CAG>36 – в исследованных
популяциях не выявлены. Коэффициент гетерозиготности составил 83,6%. В
результате сравнительного анализа частот аллелей (CAG)n – локуса гена SCA1
между тремя субпопуляциями башкир, а также между двумя субпопуляциями
мордвы значимые различия не выявлены, что свидетельствует об однородности
этих этнических групп.
0,4
0,35
Башкиры
Татары
частота
0,3
Русские
0,25
Удмурты
Чуваши
0,2
Мордва мокша
0,15
Мордва эрзя
0,1
Марийцы
Коми-пермяки
0,05
0
22
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
число (CAG)n повторов
Рисунок 9. Распределение частот аллелей (CAG)n - повторов гена SCA1 в
популяциях Волго-Уральского региона.
18
В результате скрининга на наличие/отсутствие (CAT)n – вставки в составе
(CAG)n-повторов гена SCA1, проведенного среди здоровых индивидов в трех
этнических группах населения РБ, ни у одного из обследованных лиц не было
выявлено отсутствия САТ-триплетов. Полученные нами данные о низкой частоте
СЦА1 и отсутствии аллелей гена SCA1 без САТ - вставок в популяциях населения
РБ, а также анализ литературных данных [Осаковский В.Л. и др., 2004; Платонов
Ф.А. и др., 2004; Бабушкина Н.П. и др., 2007; Mittal U. et al., 2005] подтверждают
предположение о решающей роли числа CAT-вставок в последовательности CAGповторов гена SCA1 в процессе возникновения последних и, соответственно,
возникновения новых случаев заболевания.
В результате исследования других 6 генов СЦА также были выявлены
характерные для трех популяций населения РБ особенности распределения частот
аллелей локусов этих генов, содержащих CAG-повторы (рис.10), определена
частота «длинных» аллелей, и, на основе сравнительного анализа с литературными
данными по другим популяциям (Европы, Азии, Индии и Африки) [Andress et al.,
2002] рассмотрена возможность зависимости распространенности заболевания от
частоты «длинных» аллелей в популяциях.
Такая зависимость не была подтверждена для генов SCA2 и SCA3, но не
исключена для гена SCA6. Ввиду редкости форм СЦА12, СЦА17 и ДРПЛА, какиелибо обобщения в этом плане пока недоступны.
Показана значительная гетерогенность популяций РБ по распределению
частот аллелей генов SCA1, SCA3, SCA6 и SCA12 что позволяет использовать
полиморфные варианты (СAG)n - локусов этих генов в качестве информативных
генетических маркеров популяций.
Таким образом, проведенное исследование вносит определенный вклад в
решение вопросов возникновения и распространения болезней экспансии,
поскольку в анализ включены популяции одного из регионов Урало-Поволжья,
расположенного на границе Европы и Азии, население которого генетически
гетерогенно и несет в своем генофонде как европеоидный, так и монголоидный
компоненты.
19
1,2
0,4
SCA2
SCA3
0,35
1
0,3
0,8
0,25
0,6
0,2
0,15
0,4
0,1
0,2
0,05
0
0
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28
0,35
SCA6
14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35
SCA12
0,6
0,3
0,5
0,25
0,4
0,2
0,3
0,15
0,2
0,1
0,1
0,05
0
0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
0,6
SCA17
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
DRPLA
0,5
0,45
0,5
0,4
0,35
0,4
0,3
0,25
0,3
0,2
0,2
0,15
0,1
0,1
0,05
0
0
20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35
Башкиры
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
Татары
Русские
Рисунок 10. Распределение частот аллелей (CAG)n-повторов в генах
ATXN2(SCA2), ATXN3(SCA3), CACNL1A4(SCA6), PPP2R2B(SCA12), TBP(SCA17) и
DRPLA в популяциях башкир, татар и русских (Республика Башкортостан). По оси
абсцисс – число (CAG)n повторов, по оси ординат – частоты аллелей
20
4. Регистр «Аутосомно-доминантные спиноцеребеллярные атаксии»
Был внедрен на базе МГК РПЦ РБ регистр «Спиноцеребеллярные атакиии»,
разработанный на основе формализованной карты. На данный момент регистр
содержит информацию о 105 больных и их родственниках.
Использование регистра значительно упрощает работу врача по выборке,
сортировке и анализу данных, позволяет оценивать динамику течения
заболевания, сопоставлять клинико-неврологические данные с данными
дополнительных методов обследования и результатами молекулярногенетического исследования.
ВЫВОДЫ
1. Распространенность спиноцеребеллярных атаксий (СЦА) в Республике
Башкортостан (РБ) составляет 2,56 на 100000 населения. В значительном числе
случаев СЦА установлен аутосомно-доминантный тип наследования (0,97:100000).
Заболевание имеет неравномерное этно-территориальное распространение в
регионе, наиболее часто встречается среди татар.
2. В результате молекулярно-генетического анализа выявлена экспансия CAGповторов в гене SCA1 в одной семье татарского этнического происхождения, в
гене SCA6 - в двух неродственных семьях башкирского этнического
происхождения. В Республике Башкортостан доля семей с СЦА1 из числа семей с
АД СЦА составила 4,5% (0,07 на 100000), доля СЦА6 – 9,1% (0,12 на 100000).
Генетические формы СЦА2, СЦА3, СЦА12, СЦА17 и ДРПЛА в республике не
обнаружены.
3. Не выявлено клинических различий у больных с разными типами
наследования СЦА из РБ. Клинические симптомы не могут служить четким
дифференциально-диагностическим критерием различных генетических форм
СЦА.
4. В клинической картине СЦА1 и СЦА6 в РБ преобладали статиколокомоторная атаксия с расстройством координации движений в руках,
спастический тетрапарез (СЦА1), вестибулярная дисфункция в виде приступов
системного головокружения (СЦА6) и нистагма, расстройства речи по типу
мозжечковой дизартрии. Изменения со стороны глубоких рефлексов и тонуса
мышц указывали на вовлечение задних канатиков спинного мозга и пирамидного
тракта, что типично для AД СЦА.
5. На основании сравнительного популяционного анализа полиморфизма
локусов (CAG)n и (CAT)n повторов гена SCA1 установлено, что основным
21
фактором, предрасполагающим к экспансии CAG-повторов в этом гене является
отсутствие САТ- вставок в составе последовательности нормальных (CAG)n
аллелей.
6. В результате анализа полиморфизма нормального числа CAG-повторов в
генах SCA1, SCA2, SCA3, SCA6, SCA12, SCA17 и DRPLA в трех этнических группах
населения РБ – русских, башкир и татар, - показана значительная гетерогенность
этих популяций по распределению частот аллелей генов SCA1, SCA3, SCA6 и
SCA12.
7. Предположение
о
зависимости
распространенности
аутосомнодоминантных спиноцеребеллярных атаксий в популяциях от частоты «длинных»
(«переходных») аллелей CAG- повторов в соответствующих генах не
подтверждено для генов SCA2 и SCA3, но не исключено для гена SCA6.
ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
1. С целью уточнения диагноза, прогнозирования течения заболевания и
выбора оптимальной тактики лечения пациентов с АД СЦА следует использовать
прямую ДНК-диагностику.
2. Учитывая характер распространения заболевания в Республике
Башкортостан, необходимо проявлять диагностическую настороженность в
отношении СЦА в регионах с высокой ее частотой.
3. При проведении прямой ДНК-диагностики заболевания, с целью повышения
ее эффективности, наряду с клиническими признаками больных необходимо
учитывать их этническую принадлежность и место рождения. В первую очередь
рекомендуется исследовать гены SCA1 и SCA6.
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
1. Хидиятова И.М., Мингазова Э.З., Бермишева М. А., Гилязова И.Р.,
Магжанов Р.В., Хуснутдинова Э.К. Анализ полиморфизма локусов(CAG)n- и
(СAT)n –повторов гена SCA1 у больных со спиноцеребеллярными атаксиями из
Республики Башкортостан и в популяциях Волго-Уральского региона //
Мед.генетика. – 2009. – №8. – С.8-12.
2. Мингазова Э.З., Хидиятова И.М., Бермишева М.А., Магжанов Р.В.,
Хуснутдинова Э.К. Спиноцеребеллярная атаксия 6 типа в Республике
Башкортостан // Неврологический журнал. – Принята в печать. – 2010. - №1.
22
3. E. Mingazova, I. Khidiatova, R. Magzhanov, E. Khusnutdinova. Epidemiological
study of progressive autosomal-dominant spinocerebellar ataxias in the Bashkortostan
Republic. European Human Genetics Conference 2007. Nice, France. – Vol.15. – P.284.
4. Мингазова Э.З., Хуснутдинова Э.К., Хидиятова И.М. Анализ полиморфизма
(CAG)n-повторов гена спиноцеребеллярной атаксии 1 типа (SCA1) в популяциях
народов Волго-Уральского региона. Биомика – наука 21 века. Школа-семинар
молодых ученых УФНЦ РАН и Волго-Уральского региона по физико-химической
биологии и биотехнологии. Уфа, 9-15 сентября 2007г. – С.95-96.
5. E. Mingazova, E. Khusnutdinova, I. Khidiatova. Analysis of Polymorphism of the
CAG Repeats in the Spinocerebellar Ataxia type 1 (SCA1) Gene in Human Populations
of the Volga-Ural Region. European Human Genetics Conference 2008. Barselona,
Spain. – Vol.16. – P.389.
6. Мингазова Э.З., Магжанов Р.В., Хуснутдинова Э.К., Хидиятова И.М.
Эпидемиологическое и молекулярно-генетическое изучение аутосомнодоминантных спиноцеребеллярных атаксий в Республике Башкортостан //
Аграрная Россия - 2009.- Спец.выпуск.- с.126.
7. Мингазова Э.З., Магжанов Р.В., Хидиятова И.М. Клинико-генетическое
изучение прогрессирующих аутосомно-доминантных спиноцеребеллярных
атаксий в Республике Башкортостан. V съезд Вавиловского общества генетиков и
селекционеров. Москва, 21-28 июня 2009. – с.124.
8. E.Mingazova, R.Magzhanov, I.Khidiyatova, E.Khusnutdinova Study of
progressive autosomal-dominant spinocerebellar ataxias (AD SCAs) in Bashkortostan
Republic // 8th Balkan Meeting on Human Genetics. Abstract Book. Cavtat-Dubvrovnik,
Croatia, May 14-17, 2009. - P.114.
9. E.Mingazova, E.Khusnutdinova, I.Khidiyatova Analysis of polymorphism of the
CAG repeats in the spinocerebellar ataxia type 1 (SCA1) gene in human populations of
the Volga-Ural region // XX Intern. Congress of Genetics. Abstract Book. Berlin,
Germany, July 12-17, 2008. Berlin. 2008. - P.204.
23
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
АД СЦА, AD SCAs - аутосомно-доминантные спиноцеребеллярные атаксии
БГМУ
- Башкирский Государственный Медицинский
Университет
ВУР
- Волго-Уральский регион
МРТ
- магнитно-резонансная томография
МГК
- медико-генетическая консультация
ПААГ
- полиакриламидный гель
ПДРФ
- полиморфизм длины рестрикционных фрагментов
ПЦР
- полимеразная цепная реакция
РБ
- Республика Башкортостан
РПЦ
- Республиканский перинатальный центр
СЦА, SCAs
- спиноцеребеллярные атаксии
N (n)
- количество наблюдений