CC BY
153
Алгоритм диагностики Х-сцепленных форм умственной отсталости у детей
В.Ю. Воинова1'3, С.Г. Ворсанова1, Ю.Б. Юров2, И.Ю. Юров24
1ОСП «Научно-исследовательский клинический институт педиатрии им. Ю.Е. Вельтищева» ГБОУ ВПО «Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н.И. Пирогова Минздрава России», Москва; 2ФГБНУ «Научный центр психического здоровья» РАН, Москва; 3ГБОУ ВПО «Московский государственный психолого-педагогический университет», Москва; 4ГБОУ «Российская медицинская академия постдипломного образования», Москва, Россия
An algorithm for the diagnosis of X-linked intellectual disability in children
V.Yu. Voinova1'3, S.G. Vorsanova1, Yu.B. Yurov2, I.Yu. Yurov2'4
1Academician Yu.E. Veltishchev Research Clinical Institute of Pediatrics, N.I. Pirogov Russian National Research Medical University, Ministry of Health of Russia, Moscow; 2Mental Health Research Center, Russian Academy of Sciences, Moscow; 3Moscow State University of Psychology and Pedagogy, Moscow; 4Russian Medical Academy of Postgraduate Education, Moscow, Russia
Х-сцепленная умственная отсталость — клинически и генетически гетерогенная группа наследственных заболеваний, обусловленных мутациями, локализованными на хромосоме Х, приводящими к нарушению интеллектуального развития. В работе впервые определен удельный вес (6,54%) Х-сцепленных заболеваний в структуре умственной отсталости у детей. Разработана система количественной оценки тяжести клинических проявлений при синдромах ломкой хромосомы Х и Ретта. Научно обоснована система прогнозирования тяжести клинических проявлений X-сцепленных форм умственной отсталости, основанная на анализе влияния генетических и эпигенетических факторов (типа и положения мутации, инактивации хромосомы Х). Определен вклад неслучайной Х-инактивации в клинический полиморфизм различных форм Х-сцепленной умственной отсталости, установлена ее роль как значимого диагностического маркера патологии. Показано, что исследование инактивации хромосомы Х позволяет выявлять асимптоматических носительниц Х-сцепленных мутаций для медико-генетического консультирования семей. Разработан алгоритм диагностики Х-сцепленной умственной отсталости среди недифференцированных форм нарушений психического развития детей.
Ключевые слова: дети; Х-сцепленная умственная отсталость; синдром умственной отсталости, сцепленной с ломкой хромосомой Х; синдром Ретта; инактивация хромосомы Х.
Для цитирования: Воинова В.Ю., Ворсанова С.Г., Юров Ю.Б., Юров И.Ю. Алгоритм диагностики Х-сцепленных форм умственной отсталости у детей. Рос вестн перинатол и педиатр 2016; 61:5:34-41. DOI: 10.21508/1027-4065-2016-61-5-34-41
X-linked intellectual disability (XLID) is a clinically and genetically heterogeneous group of hereditary diseases caused by mutations on the X chromosome, which lead to impaired intellectual development. The paper determines for the first time the proportion of X-linked diseases (6.54%) in the pattern of intellectual disability in children. A system has been developed to quantify the clinical severity of fragile X mental retardation syndrome and Rett syndrome. A system has been scientifically justified to predict the clinical severity, which is based on an analysis of the impact of genetic and epigenetic factors (mutation type and location, X chromosome inactivation). The authors have determined the contribution of nonrandom X inactivation to the clinical polymorphism of various forms of XLID and established its role as an important diagnostic marker for pathology. It is shown that the study of X chromosome inactivation can identify asymptomatic female carriers of X-linked mutations to provide medical genetic counseling to families. An algorithm has been elaborated to diagnose XLID among the undifferentiated forms of mental developmental abnormalities in children. Keywords: children, X-linked intellectual disability, fragile Xmental retardation syndrome, Rett syndrome, Xchromosome inactivation. For citation: Voinova V.Yu., Vorsanova S.G., Yurov Yu.B., Yurov I.Yu. An algorithm for the diagnosis ofX-linked intellectual disability in children. Ros Vestn Perinatol i Pediatr 2016; 61:5:34-41 (in Russ). DOI: 10.21508/1027-4065-2016-61-5-34-41
Х-сцепленная умственная отсталость (X-linked intellectual disability) представляет собой клинически и генетически гетерогенную группу наследственных
© Коллектив авторов, 2016
Адрес для корреспонденции: Воинова Виктория Юрьевна — д.м.н., вед. н. сотр. отдела психоневрологии и наследственных заболеваний НИКИ педиатрии им. Ю.Е. Вельтищева, проф. кафедры нейро- и патопсихологии развития Московского государственного психолого-педагогического университета Ворсанова Светлана Григорьевна — д.б.н., проф., рук. лаборатории молекулярной цитогенетики нервно-психических заболеваний НИКИ педиатрии им. Ю.Е. Вельтищева 125412 Москва, ул.Талдомская, д. 2
Юров Юрий Борисович — д.б.н., проф., рук. лаборатории цитогенетики и ге-номики Научного центра психического здоровья
Юров Иван Юрьевич — д.б.н., проф., рук. лаборатории молекулярной генетики мозга науч. ц. п. з., проф. кафедры медицинской генетики Российской медицинской академии последипломного образования 115522 Москва, Каширское шоссе, д. 34
заболеваний, обусловленных мутациями, локализованными на хромосоме Х и приводящими к нарушению интеллектуального развития. Суммарная частота данных заболеваний в популяции варьирует от 1:1000 до 1,8:1000 [1, 2]. Проблема Х-сцепленной умственной отсталости чрезвычайно актуальна не только из-за ее высокой распространенности, но и в связи с тем, что она сопровождается тяжелым поражением нервной системы и ведет к глубокой инвалидности.
С клинических позиций Х-сцепленную умственную отсталость принято разделять на синдро-мальную и несиндромальную (неспецифическую) [3]. При синдромальных формах при клиническом осмотре ребенка, лабораторных и функциональных исследованиях обнаруживают различные аномалии, помимо нарушений интеллекта. Больные
с синдромальными формами могут иметь нарушения физического развития, пороки развития мозга и других органов, комплекс микроаномалий, неврологические симптомы, особенности поведения, метаболические расстройства. При несиндромальных формах Х-сцепленной умственной отсталости эти признаки отсутствуют и наблюдается изолированная умственная отсталость [4]. Следует отметить, что деление на синдромальные и несиндромальные формы патологии не является специфичным только для Х-сцепленной умственной отсталости, а используется и в отношении ее аутосомных форм.
До сих пор существуют трудности диагностики Х-сцепленной умственной отсталости среди недифференцированных нарушений интеллекта, не определена этиология многих заболеваний данной группы, недостаточно изучена роль инактивации хромосомы Х в формировании клинического полиморфизма Х-сцепленной умственной отсталости, а также асимптоматического носительства мутаций Х-сцепленных генов, что затрудняет проведение медико-генетического консультирования и определение генетического риска возникновения повторных случаев патологии. В связи с вышеизложенным целью настоящего исследования была разработка системы ранней эффективной диагностики Х-сцепленных форм умственной отсталости на основе молекулярно-генетического, эпигенетического (исследование инактивации хромосомы Х) и молеку-лярно-цитогенетического анализа клинического полиморфизма различных форм патологии.
Характеристика детей и методы исследования
В основу работы положено комплексное клини-ко-генетическое обследование 703 детей в возрасте от 3 мес до 18 лет с Х-сцепленной умственной отсталостью, выявленных среди 10 749 больных с недифференцированными формами нарушений интеллекта. Наблюдались дети с моногенными Х-сцепленными синдромами, проявляющимися преимуществен -но у гетерозиготных девочек, такими как синдромы Ретта, Блоха—Сульцбергера, Айкарди, Гольтца и др. (п =441), моногенными Х-сцепленными заболеваниями, проявляющимися преимущественно у гемизигот-ных мальчиков — синдромами ломкой хромосомы Х (FRAXA), Хантера, Коффина—Лоури, Опица-Кавед-жиа, Симпсона-Голаби-Бемеля и др. (п =208). Кроме того, обследованы 36 больных со структурными микроаномалиями хромосомы Х и 18 детей с несин-дромальными формами Х-сцепленной умственной отсталости.
Использовались клинико-генеалогический, функциональные, цитогенетический, молекулярно-цитогенетические и молекулярно-генетические методы. Для повышения эффективности клинической диагностики в ходе исследования разработаны системы количественной оценки тяжести течения наиболее
частых Х-сцепленных форм умственной отсталости — синдромов ломкой хромосомы Х и Ретта. Данные системы представляли собой ранговые шкалы, разработанные на основании анализа фенотипа больных с указанными заболеваниями, и включали оценку психологического и неврологического статусов, комплекса микроаномалий, признаков поражения соединительной ткани, а также антропометрических показателей (всего 25 признаков для синдрома Ретта и 23 признака для синдрома ломкой хромосомы Х). Шкалы построены таким образом, что учитывают не только наличие, но и экспрессивность каждого признака, оценка которой включает число градаций от 0 до 5 баллов. Для оценки тяжести состояния ребенка проводилось суммирование количества баллов, соответствующих каждому из симптомов. Разработанные шкалы использовались нами с целью исследования клинического полиморфизма заболеваний и зависимости фенотипических признаков от генотипа больных.
Молекулярно-генетические, цитогенетический и молекулярно-цитогенетические методы были разработаны и осуществлялись в лабораториях молекулярной цитогенетики нервно-психических заболеваний НИКИ педиатрии и цитогенетики и геномики психических заболеваний Научного центра психического здоровья РАМН [5]. Определение мутаций гена МЕСР2 проводилось с помощью прямого автоматического секвенирования. При анализе числа CGG-повторов в промоторе гена FMR1 использовали метод полимеразной цепной реакции (ПЦР) с последующим капиллярным электрофорезом в полиакриламидном геле. Анализ особенностей инактивации хромосомы Х был основан на метилчувствительной рестрикции фланкирующих последовательностей экспансии тринуклеотидных (CAG^-повторов интрона 1 гена андрогенового рецептора (^R) с последующим количественным ПЦР-анализом. При анализе метафазных хромосом, полученных из культивированных лимфоцитов периферической крови, применялись методы G- и С-окрашивания. Для проведения серийной сравнительной геномной гибридизации (серийной CGH) использовался наночип Constitutional Chip® 4.0 фирмы Perkin Elmer, который позволяет сканировать геном с разрешением 0,5—1 млн парнуклеотидов (пн) и имеет более 600 ВАС проб на хромосому Х [6].
Применялись стандартные методы статистической обработки: программа данных SPSS (Statistical Package for Social Sciences), включающая стандартные методы для медико-биологических исследований.
Результаты и обсуждение
Оценка удельного веса Х-сцепленной умственной отсталости
Среди 10 749 детей с нарушениями интеллекта, наблюдавшихся в клиниках Научно-исследовательского клинического института педиатрии,
выявлены 703 (6,54%) ребенка с Х-сцепленными заболеваниями. Удельный вес наиболее частых форм Х-сцепленной умственной отсталости составил для синдрома Ретта 4,28% среди девочек, а для синдрома умственной отсталости, сцепленной с ломкой хромосомой Х, — 4,16% среди мальчиков. Высокий удельный вес Х-сцепленной умственной отсталости и наиболее часто встречающихся ее форм определяет актуальность исследований данной патологии. Согласно данным литературы, удельный вес Х-сцепленных форм умственной отсталости оценивается как 10-12% [7]. Причина более низкой (выявленной нами по сравнению с ожидаемой) частотой патологии заключается в сложности идентификации случаев несиндромальных форм, нераспознаваемых клиническими методами. Удельный вес 6,54% в большей степени отражает частоту синдромальных форм Х-сцепленной умственной отсталости, нежели патологии в целом. Следовательно, значительная часть случаев Х-сцепленной умственной отсталости остается в группе недифференцированных форм. В связи с этим представляется особо значимым поиск лабораторных диагностических маркеров, общих для данной группы заболеваний, и разработка диагностического алгоритма для Х-сцепленной умственной отсталости.
Генеалогические исследования в семьях с Х-сцепленной умственной отсталостью
Проведен анализ 595 родословных детей с Х-сцепленной умственной отсталостью, включавших сведения о 19 789 индивидуумах (табл. 1). Генеалогическое исследование имело наибольшее значение в семьях больных с несиндромальными формами патологии (п = 18), поскольку Х-сцепленный характер наследования нарушений интеллекта служил единственным критерием, согласно которому в этих семьях была идентифицирована Х-сцепленная умственная отсталость.
Как видно из табл. 1, генеалогический анализ малоинформативен в диагностике Х-сцепленных синдромов, проявляющихся преимущественно у гетеро-зигот: только в одной из 354 семей с синдромом Ретта и одной из 13 семей с синдромом Блоха-Сульцберге-ра заболевание встречалось более чем у одного индивидуума, а в остальных было спорадическим. В то же время генеалогический анализ сыграл значимую роль в диагностике синдромальных форм Х-сцепленной умственной отсталости, проявляющихся преимущественно у гемизигот: в 35 (17%) из 208 проанализированных родословных заболевание наблюдалось более чем у одного мальчика, т.е. получены доказательства сцепленного с полом наследования заболевания (синдромы ломкой хромосомы Х, Опица-Каведжиа, Менкеса, Аарскога и др.).
Молекулярно-генетические, молекулярно-цитогенети-ческие исследования и анализ корреляций генотип/фенотип при X-сцепленной умственной отсталости
У 114 детей мужского пола, отобранных из группы больных с недифференцированной умственной отсталостью при использовании шкалы количественной оценки клинических признаков синдрома ломкой хромосомы Х (более 50 баллов), исследовалось количество CGG-повторов в гене FMR1 (рис. 1, а). Экспансия тринуклеотидных повторов была обнаружена в 46 (40%) из 114 случаев, что в более чем 10 раз превышает процент подтверждения этого диагноза в зарубежных генетических центрах (2-3,8%) [8]. Полученные данные указывают на эффективность отбора больных с помощью количественной клинической шкалы. У родственников пациентов по материнской линии мутации и премутации гена FMR1 были выявлены в 43 (84%) из 107 случаев (рис. 1, б). У этих родственников были обнаружены заболевания, ассоциированные с премутацией гена FMR1, — раннее наступление менопаузы у женщин и синдром тремора и атаксии у мужчин. Поскольку эти индивидуумы
Таблица 1. Результаты генеалогического анализа в семьях с X-сцепленной умственной отсталостью (п =595)
Нозологические формы Число проанализированных родословных Число семейных случаев Удельный вес семейных случаев среди всех проанализированных, %
Синдромы, проявляющиеся преимущественно 369
у гетерозиготных девочек 2 0,5
В том числе:
Блоха-Сульцбергера 13 1 8
Ретта 354 1 0,3
Айкарди 1 0 0
Гольтца 1 0 0
Синдромы, проявляющиеся преимущественно
у гемизиготных мальчиков 208 35 17
В том числе:
синдром ломкой хромосомы Х 46 9 20
мукополисахаридоз II типа 17 1 6
редкие синдромы 155 33 21
Несиндромальные формы Х-сцепленной умственной отсталости 18 18 100
к
□ к
Рис. 1. Анализ количества тринуклеотидных повторов в промоторе гена FMR1 методом ПЦР с последующим капиллярным электрофорезом.
На электрофореграммах продуктов ПЦР определено: а — ~232 CGG-повтора (полная мутация гена FMR1) у ребенка с синдромом FRAXA; б — 80 CGG-повторов (премутация гена FMRI) у матери ребенка с синдромом умственной отсталости, сцепленной с ломкой хромосомой Х.
имеют высокий риск рождения детей с умственной отсталостью, то их выявление представляется исключительно важным.
Суммарная оценка тяжести фенотипа по клинической шкале и оценка экспрессивности отдельных признаков (зрительный контакт, ускоренный темп речи, комплекс лицевых микроаномалий, макроор-хизм, аномалии соединительной ткани и увеличение окружности головы) у детей с синдромом ломкой хромосомы Х была статистически достоверно выше, чем у больных с недифференцированными формами умственной отсталости (критерий Манна—Уитни, р<0,001). Клинические признаки, по которым эти дети статистически достоверно отличались, можно считать наиболее специфичными для заболевания и использовать для его выявления среди недифференцированных форм умственной отсталости. У гетерозиготных по полной мутации девочек степень нарушений интеллекта широко варьировала.
У детей с синдромом Ретта мутации гена МЕСР2 были обнаружены в 315 (91%) из 354 случаев, что является одним из самых высоких среди опубликованных в литературе показателей эффективности клинической диагностики заболевания и, по-видимому, служит результатом строгого отбора детей с помощью разработанной клинической шкалы. Рекуррентные мутации были определены у 201 (64%) ребенка, наиболее частой была мутация R255X, найденная у 50 (16%) детей, в том числе у пары конкордантных по синдрому Ретта близнецов. Вторая наблюдавшаяся нами пара конкордантных близнецов имела мутацию R270X, частота которой в наблюдавшейся когорте детей с мутациями составила 11%. Частоты других рекуррентных мутаций: 3% для R106W,
7% для R133C, 14% для Т158М, 11% для R168X, 3% для R294X и 8% для R306C. Большинство детей с мутациями в гене МЕСР2 были женского пола, за исключением двух мальчиков с классическим течением заболевания, у которых определен соматический мозаицизм по мутациям R168X и R270X. У одного из мальчиков (с мутацией R270X) наблюдался ткане-специфический мозаицизм по анеуплоидии хромосомы Х, обнаруженной в 14% ядер мышечных клеток (кариотип — 47,ХХУ/46,ХУ).
Среди детей с врожденной формой синдрома Рет-та и формой с ранним началом судорог мутаций гена МЕСР2 не найдено. У 7 девочек с вариантом синдрома Ретта с ранним началом судорог обнаружены мутации гена CDKL5, что позволило установить диагноз атипичного синдрома Ретта.
Анализ влияния типа мутации в гене МЕСР2 на тяжесть течения заболевания показал, что суммарная оценка тяжести фенотипа в баллах у больных с нонсенс-мутациями и мутациями со сдвигом рамки считывания статистически достоверно выше, чем у детей с миссенс-мутациями (44,6 балла против 33,8 балла, t=4,031, р <0,001). Проведен анализ тяжести течения заболевания в зависимости от позиции мутации в гене МЕСР2 (рис. 2). Наибольшая тяжесть клинических проявлений наблюдалась у больных с мутациями, локализованными между 158 и 270 аминокислотными остатками белка МеСР2 (мутации Я168Х, Я255Х и Я270Х), а наименьшая тяжесть — у детей с мутациями R106W и Я133С, а также с мутациями, расположенными ближе к 3'-концу гена (мутации Я294Х, Я306С, делеции на 3'-конце). Таким образом, показана зависимость тяжести течения синдрома Ретта от типа и позиции мутации в гене МЕСР2, что важно для понимания генетических основ клинического полиморфизма заболевания и прогнозирования его течения.
Рис. 2. Оценка зависимости тяжести течения синдрома Рет-та от позиции мутации.
У детей с синдромом Ретта (п=34), у которых молекулярно-генетическим методом мутации гена МЕСР2 не были установлены, проведено исследование с помощью технологии arrayCGH, в результате чего в 10 случаях выявлены микроделеции Xq28, захватывающие ген МЕСР2. Следовательно, впервые было показано возникновение синдрома Ретта в результате полной делеции данного гена [9].
Анализ особенностей инактивации хромосомы Х был проведен у 247 индивидуумов женского пола из 150 семей с Х-сцепленными формами умственной отсталости, 25 женщин из 22 семей с недифференцированными нарушениями интеллекта и у 80 здоровых женщин контрольной группы. Инактивация хромосомы Х определялась как соотношение инактивирован-ных аллелей гена андрогенового рецептора разного родительского происхождения и оценивалась как неслучайная, если это соотношение превышало 20:80.
В целом при Х-сцепленных синдромах, проявляющихся у гетерозиготных девочек, неслучайная Х-инактивация (сдвиг Х-инактивации) наблюдалась у 45% больных, а при Х-сцепленных заболеваниях, проявляющихся у гемизигот, определена у 46% женщин из семей больных мальчиков (в 7 раз чаще, чем в контроле). Исследования Х-инактивации позволили особо выделить синдром Блоха-Сульцберге-ра, при котором у всех наблюдавшихся нами больных (п = 13) был обнаружен сдвиг Х-инактивации. Полученные результаты подтверждают высказывавшееся ранее мнение о том, что анализ Х-инактивации можно использовать как диагностический критерий данного заболевания [10]. Х-инактивация была неслучайной также у матерей детей с синдромами Коффина-Лоури, Барта, Симпсона-Голаби-Беме-ля, Опица-Каведжиа, отопалатодигитальным синдромом 1-го типа и др. и указывала на носительство этими женщинами Х-сцепленных мутаций, связанное с высоким риском повторного рождения детей с умственной отсталостью. Наиболее значимым, на наш взгляд, являлся анализ Х-инактивации у женщин в семьях с недифференцированными формами умственной отсталости: у 5 (23%) из 22 женщин из 19 семей был выявлен сдвиг Х-инактивации, что с высокой вероятностью указывает на Х-сцепленный характер наследования патологии. Необходимо отметить, что 5 (6,5%) из 76 женщин контрольной группы также имели сдвиг Х-инактивации. Последних, по-видимому, следует отнести к группе риска носи-тельства Х-сцепленных генетических дефектов.
Полученные данные согласуются с представлениями о том, что неслучайная инактивация хромосомы Х является одной из характерных эпигенетических особенностей Х-сцепленных форм умственной отсталости [11, 12]. В настоящей работе показано, что исследование Х-инактивации повышает эффективность диагностики Х-сцепленной умственной отсталости среди недифференцированных форм патологии и позволяет выявлять асимптоматических носительниц Х-сцепленных мутаций.
Особенности инактивации хромосомы Х значительно влияют на фенотип гетерозигот по мутациям Х-сцепленных генов. Как видно на рис. 3, у девочек с выраженным сдвигом Х-инактивации (81-100%) наблюдались преимущественно легкие формы синдрома Ретта, а у девочек с равной
юо / 0 Шк
Л I I I
>1-''' Н | II •■->■'•'■-■—
Рис. 3. Зависимость тяжести течения синдрома Ретта ^П) от степени сдвига Х-инактивации.
Показано уменьшение доли детей с тяжелыми и возрастание доли больных с легкими формами заболевания при увеличении сдвига Х-инакивации.
Х-инактивацией — тяжелые формы. Следует подчеркнуть, что не только степень сдвига Х-инактивации, но и его направление влияли на фенотип гетерози-гот. Чем выше был процент клеток с активной нормальной хромосомой Х, тем чаще наблюдались легкие формы заболеваний. В тех случаях, когда была преимущественно активна хромосома Х с мутацией, наблюдалось развитие выраженных клинических проявлений Х-сцепленных форм патологии у гетеро-зигот. Полученные результаты указывают на возможность прогнозирования тяжести клинических проявлений у девочек с мутациями Х-сцепленных генов.
На основе полученных данных разработана система прогнозирования тяжести состояния детей с синдромом Ретта (табл. 2), которая основывается на исследовании типа, позиции мутации гена МЕСР2, определенных рекуррентных мутаций, а также особенностей инактивации хромосомы Х. При этом сдвиг Х-инактивации против мутантной хромосомы Х может облегчать течение болезни, а сдвиг Х-инактивации против нормальной хромосомы Х — делать его более тяжелым.
Индивидуальный анализ числа CGG-повторов в гене FMR1 и особенностей инактивации хромосомы Х дает возможность прогнозировать фенотипи-ческие признаки больных с синдромом ломкой хромосомы Х и членов их семей. Как видно из табл. 3, клинические проявления у лиц как мужского, так и женского пола с экспансией тринуклеотидных повторов в гене FMR1 определяются наличием пре-мутации либо полной мутации данного гена. На фенотип женщин влияют особенности инактивации хромосомы Х: снижение интеллекта у женщин с полной мутацией гена FMR1 пропорционально проценту клеток с активной мутантной хромосомой Х.
Применение таких высокоразрешающих технологий, как серийная сравнительная геномная гибридизация (CGH), показало, что Х-сцепленная умственная отсталость может быть результатом вариации количества копий генов хромосомы Х [13-15]. Ранее некоторыми авторами были выявлены микроделеции и микродупликации хромосомы Х не менее чем в 13%
Таблица 3. Прогнозирование фенотипа на основе определения числа CGG-повторов в гене FMR1 и анализа инактивации хромосомы Х
Таблица 2. Прогнозирование тяжести течения синдрома Ретта на основе определения мутации гена МЕСР2 и анализа инактивации хромосомы Х
Генетические и эпигенетические Течение заболевания
факторы, определяющие тяжесть течения синдрома Ретта тяжелое легкое
Тип и позиция мутации гена MECP2 Нонсенс мутации Мутации со сдвигом рамки считывания за исключением делеций на З'-конце гена MECP2 Миссенс мутации Делеции на З'-конце гена MECP2
Особенности рекуррентных мутаций гена MECP2 Я168Х Я255Х Я270Х Т158М R106W Я133С Я294Х Я306С
Особенности инактивации хромосомы Х Равная инактивация хромосомы Х Преимущественная инактивация хромосомы Х с нормальным аллелем гена MECP2 Преимущественная инактивация хромосомы Х с мутацией гена MECP2
Генетические и эпигенетические Фенотип больных
факторы, определяющие фенотип мужской пол женский пол
Число CGG-повторов в гене FMR1 от 55 до 200 Когнитивные нарушения и нарушения поведения Повышен риск развития синдрома тремора и атаксии Когнитивные нарушения и нарушения поведения Повышен риск развития: • дисфункции яичников; • синдрома преждевременного прекращения функции яичников (менопауза до 40-летнего возраста); • эстрогензависимых опухолей; • синдрома тремора и атаксии
Число CGG-повторов в гене FMR1 более 200 Синдром умственной отсталости, сцепленной с ломкой хромосомой Х Синдром умственной отсталости, сцепленной с ломкой хромосомой Х Асимптоматическое носительство мутации
Особенности инактивации хромосомы Х — Снижение интеллекта у женщин с полной мутацией гена FMR1 пропорционально проценту клеток с активной мутантной хромосомой Х
случаев недифференцированной Х-сцепленной умственной отсталости [16]. Нами наблюдались 34 больных с субмикроскопическими аномалиями хромосомы Х (микродупликациями и микроделециями), выявленными с помощью методов CGH и arrayCGH в лаборатории цитогенетики и геномики Научного центра психического здоровья РАМН [17]. Таким образом, Х-сцепленная умственная отсталость представляется как группа заболеваний, которые возникают как вследствие генных мутаций на хромосоме Х, так и в результате нарушения количества копий Х-сцепленных генов. Последнее привело к открытию новых нозологических форм Х-сцепленной умственной отсталости. Так, был выделен синдром микродупликации Xq28, который предположительно является одной из частых причин умственной отсталости у мальчиков [18]. У наблюдавшихся нами четырех детей с данным заболеванием умственная отсталость оставалась недифференцированной до применения технологии arrayCGH.
Алгоритм диагностики Х-сцепленной умственной отсталости
На основе проведенных исследований разработан диагностический алгоритм, основанный
на постадийном применении клинико-генеалоги-ческого анализа, молекулярно-генетических исследований мутаций генов хромосомы Х, молекуляр-но-цитогенетических методов диагностики, анализа инактивации хромосомы Х. На рис. 4 представлен алгоритм диагностики Х-сцепленной умственной отсталости у мальчиков. Первым этапом обследования пробанда с умственной отсталостью является кли-нико-генеалогический анализ. После его проведения может быть установлен диагноз Х-сцепленного синдрома (А) либо несиндромальной Х-сцепленной умственной отсталости (Б). Возможна также клиническая диагностика наследственных заболеваний, связанных с мутациями аутосомных генов. Однако после клинико-генеалогического исследования остается большая группа детей с недифференцированными формами нарушений интеллекта (В), что требует применения других методов. При выявлении типичной клинической картины Х-сцепленного синдрома необходим анализ мутаций соответствующего гена хромосомы Х. Если мутация определена, то диагноз следует считать подтвержденным и рекомендуется обследовать мать пробанда на ее носительство. Обнаружение мутации у матери указывает на высокий
(50%) риск рождения больного ребенка при каждой последующей беременности.
Если анализ мутаций определенного гена недоступен или мутаций в гене не обнаружено, а фенотип указывает на синдромальную форму Х-сцепленной умственной отсталости, то осуществляется переход к следующему этапу — исследованию инактивации хромосомы Х у матери пробанда, выявление которой подтверждает диагноз у пробанда и носительство Х-сцепленного заболевания матерью. Если сдвиг Х-инактивации не обнаружен при нормальном фенотипе женщины, то делается вывод о возникновении Х-сцепленного синдрома у пробанда в результате мутации de novo с низким риском его повторения в семье.
При подозрении на несиндромальную Х-сцеп-ленную умственную отсталость рекомендуется прежде всего провести исследование инактивации хромосомы Х у матери больного. Обнаружение сдвига Х-инактивации позволит подтвердить диагноз Х-сцепленного заболевания у ребенка и состояние носительства у матери, а также сделает более оправданным трудоемкий поиск мутаций генов несиндро-мальной Х-сцепленной умственной отсталости.
Относительно форм умственной отсталости, которые остались недифференцированными после кли-нико-генеалогического исследования, диагностика
осуществляется методом исключения: у части больных при цитогенетических и молекулярно-цитоге-нетических исследованиях могут быть обнаружены хромосомные аномалии, у другой части — наследственные метаболические болезни. У оставшихся мальчиков необходимо использовать методы CGH либо аrrayCGH для выявления микроделеций и микродупликаций хромосом. Если умственная отсталость остается недифференцированной после применения перечисленных выше методов, следует использовать анализ инактивации хромосомы Х. При этом обнаружение сдвига Х-инактивации у матерей мальчиков позволит отнести заболевание к группе Х-сцепленных состояний, а у матери определить носительство данной патологии. К исследованию Х-инактивации при недифференцированной умственной отсталости можно прибегнуть сразу, минуя другие методы (пунктирная линия на рис. 4).
При обследовании девочек с недифференцированной умственной отсталостью алгоритм выявления Х-сцепленных состояний в целом такой же, как у мальчиков, однако анализ Х-инактивации необходимо осуществлять как у больных девочек, так и у их матерей. Интерпретация результатов исследования Х-инактивации у девочек с нарушениями интеллекта более сложна и требует учета ее особенностей у пробанда и матери.
Рис. 4. Алгоритм диагностики Х-сцепленных форм умственной отсталости у мальчиков с недифференцированными формами нарушений интеллекта.
А, Б, и В — три возможных направления диагностического поиска.
Заключение
Таким образом, проблема сцепленных с полом нарушений психического развития детей носит медико-социальный характер в связи с высокой распространенностью патологии. Так, удельный вес Х-сцепленной умственной отсталости среди детей с нарушениями интеллекта, наблюдавшихся в генетической клинике, составил 6,54%. Разработанные шкалы количественной оценки фенотипа в баллах для наиболее частых форм этой патологии — синдромов Ретта и умственной отсталости, сцепленной с ломкой хромосомой Х, в сочетании с современными молекулярно-генетическими методами повышают эффективность диагностики указанных заболеваний до 91 и 40% соответственно.
Эпигенетический феномен неравной инактивации хромосомы Х является характерной особенностью Х-сцепленной умственной отсталости. Исследование Х-инактивации повышает эффективность выявления гетерозиготных носительниц Х-сцепленных мутаций в семьях детей с Х-сцепленной патологией.
Установлена зависимость тяжести клинических признаков при Х-сцепленных заболеваниях от следующих генетических и эпигенетических факторов: типа и позиции мутаций гена МЕСР2 при синдроме Ретта; наличия экспансии тринуклеотидных повторов в промоторе гена FMR1 при синдроме ломкой хромосомы Х; степени и направления сдвига инактивации хромосомы Х у гетерозигот при различных формах Х-сцепленных состояний. У детей с умственной отсталостью обнаружены микроаномалии хромосомы Х, для выявления которых необходимо применение высокоразрешающих молекулярно-ци-тогенетических методов (метафазной и серийной сравнительной геномной гибридизации и флюоресцентной in situ гибридизации).
Разработанный алгоритм диагностики Х-сцеп-ленной умственной отсталости основан на постадий-ном применении клинико-генеалогического анализа, молекулярно-генетических исследований мутаций генов хромосомы Х, комплекса молекулярно-цитоге-нетических методов диагностики, анализа инактивации хромосомы Х.
ЛИТЕРАТУРА (REFERENCES)
1. Chiurazzi P., Hamel B. C, Neri G. XLID-genes: update 2000. Eur J Hum Genet 2001; 9: 71-78.
2. Ropers H.H. Genetics of intellectual disability. Curr Opin Genet Dev 2008; 18: 241-250.
3. Kerr B, Turner G, Mulley J. et al. Non-specific mental retardation. J Med Genet 1991; 28: 378-382.
4. Gecz J., Mulley J. Genes for cognitive function: developments on the X. Genome Res 2000; 10: 157-163.
5. Ворсанова С.Г., ЮровЮ.Б., ЧернышовВ.Н. Медицинская цитогенетика. М: Медпрактика 2006; 318 (Vorsanova S.G., Yurov Yu.B., Chernyshov V.N. Medical cytogenetics. Moscow: Medpraktika, 2006; 318. (in Russ))
6. Юров И.Ю., Ворсанова С.Г., Юров Ю.Б. Геномные и хромосомные болезни центральной нервной системы: молекулярные и цитогенетические аспекты. М: МЕДПРАКТИКА 2014; 384 (Yurov I.Yu, Vorsanova S.G., Yurov Yu.B. Genomic and chromosomal diseases of the central nervous system: molecular and cytogenetic aspects. Moscow: MED-PRAKTIKA, 2014; 384. (in Russ))
7. Ropers H, Hamel B. X-linked mental retardation. Nature reviews genetics 2005; 6: 46-57.
8. Stevenson R.E., Schwartz C.E. X-linked intellectual disability: unique vulnerability of the male genome. Dev Disabil Res Rev 2009;15:361-8.
9. Yurov I. Yu, Vorsanova S. G, Voinova V Yu. et al. Xq28 (MECP2) microdeletions are common in mutation-negative females with Rett syndrome and cause mild subtypes of the disease. Mol Cytogenet 2013; 6: 53. doi: 10.1186/1755-8166-6-53.
10. Migeon B.R. Females are mosaics. X inactivation and Sex Differences in Disease. Oxford university press, 2007; 271.
11. ЮровИ.Ю., Ворсанова С.Г., Воинова-Улас В.Ю. и др. Эпигенетические исследования синдрома Ретта как адекватной модели аутистических расстройств. Журн неврол
и психиатр 2005; 105: 4—11. (Yurov I.Yu., Vorsanova S.G., Voinova-Ulas V.Yu. et al. Epigenetic study of Rett syndrome as an adequate model of autism spectrum disorders. Zhurn nevrol i psihiat 2005; 105: 4-11. (in Russ))
12. Plenge R.M., Stevenson R.A., Lubs H.A. et al. Skewed X-chro-mosome inactivation is a common feature of X-linked mental retardation disorders. J Hum Genet 2002; 71: 168-173.
13. Bauters M, Weuts A., Vandewalle J. et al. Detection and validation of copy number variation in X-linked mental retardation. Cytogenet Genome Res 2008; 123: 44-53.
14. Yurov I.Yu., Vorsanova S.G., Yurov Yu.B. Recent patents on molecular cytogenetics. Recent Pat DNA Gene Seq 2008; 2: 6-15.
15. Gecz. J., Shouridge C, Corbett M. The genetic landscape of intellectual disability arising from hromosome X. Trends Genet 2009; 25: 308-16.
16. Froyen G, Van Esch H, Bauters M. et al. Detection of genomic copy number changes in patients with idiopathic mental retardation by High- Resolution X-Array-CGH: important role for increased gene dosage of XLID genes. Hum Mut 2007; 28: 1042-43.
17. Yurov I.Yu., Vorsanova S.G., Kurinnaia O.S. et al. Molecular karyotyping by array CGH in a Russian cohort of children with intellectual disability, autism, epilepsy and congenital anomalies. Mol Cytogenet. 2012;5:46. doi: 10.1186/17558166-5-46.
18. Van Esch H, Bauters M, Ignatius J. et al. Duplication of the MECP2 region is a frequent cause of severe mental retardation and progressive neurological symptoms in males. Am J Hum Genet 2005; 77: 442-453.
Исследование выполнено при финансовой поддержке
Российского научного фонда (проект №14-15-00411).
Поступила 01.07.2016 Received on 2016.07.01
