CC BY
72
1УДК 612.85:577.218 ББК 74.3
ГЕННАЯ ДИАГНОСТИКА ДЛЯ СТУДЕНТОВ С НАСЛЕДСТВЕННЫМИ НАРУШЕНИЯМИ СЛУХА (по результатам преподавания генетики на дефектологическом факультете МПГУ)
В. П. Божкова, И. П. Николаев
Статья посвящена анализу причин врожденных нарушений слуха у студентов, приехавших учиться в Москву в МПГУ. Сделано наблюдение, что около половины студентов с глухотой/ тугоухостью из европейской части РФ имеют мутации в одном и том же гене - гене кон-нексина-26. Это означает: 1) коннексиновые нарушения слуха чрезвычайно распространены в центральной России, 2) генная диагностика, направленная на этот ген, может быть эффективной в предсказании того, будут ли молодые семьи иметь глухих или нормально слышащих детей.
Ключевые слова: обучение, слух человека, нарушения слуха, наследственность, гены.
GENE DIAGNOSTICS FOR STUDENTS WITH INHERITED HEARING LOSS (based on the results of teaching genetics at the Faculty of Defectology of Moscow State Pedagogical University)
V. P. Bozhkova, I. P. Nikolaev
The paper is devoted to the analysis of inherited hearing loss among students who came to Moscow to study at MSPU. We have concluded that almost 50% of the students from European region of the Russian Federation showing hearing loss have mutations in the same gene: connexin-26 gene. This means: 1) connexin-caused hearing loss is quite widespread in Central Russia; 2) gene diagnostics aimed at this gene can be efficient for predicting whether a young family is going to have deaf or well-hearing
Keywords: education, human hearing, hearing loss, heredity, genes.
Введение
Приблизительно половина всех болезней человека связана с наследственностью. В том числе и около половины нарушений слуха (НС), возникающих в детском возрасте. Нейросен-сорное НС - это наиболее часто встречающееся расстройство у детей. В РФ на данный момент насчитывается более 600 000 таких детей.
НС у детей обычно бывают врожденными, но выявляются они родителями чаще всего только в начальный период развития речи, то есть в 2-3 года. В последнее время нарушения слуха стали определяться уже в роддомах, по крайней мере в Москве и других крупных городах России, методом отоакустической эмиссии. Оказалось, что НС встречаются у детей при
рождении с частотой приблизительно 1:1000 среди новорожденных. Более половины из них имеют сильные НС вплоть до полной глухоты. В течение первых 10 лет жизни слух ухудшается еще у 2-3 детей.
Основными причинами ненаследственных (приобретенных) НС у детей (по мировой статистике) всегда считались:
• инфекционные заболевания матери и ребенка (вирусные заболевания матери и ребенка - краснуха, цитомегаловирус, герпес, токсо-плазмоз или воспалительные заболевания ребенка - менингит и др.);
• асфиксия и травмы, полученные при родах;
• резус-несовместимость матери и плода (гемолитическая желтуха новорожденных);
• некоторые лекарственные препараты, применяемые в дородовый период (матерью) и послеродовый период (ребенком). Наиболее известны среди них антибиотики, такие как стрептомицин, канамицин и др.
Но сейчас, когда появились методы генной диагностики, оказалось, что перечисленные выше причины могли и не влиять на слух, а причиной НС являются генные мутации. Последние полтора десятилетия в мировой науке ознаменовались большим успехом в области молекулярной генетики глухоты. В 1997 г. в журнале Nature вышла статья Kelsell D. P., Dunlop J., Stevens H. P. et al. «Мутации в коннексине 26 при наследственных несиндромальных нейросенсорных нарушениях слуха» [1], в которой предрекалось начало молекулярной эры генетики глухоты, что и произошло [2-5]. С выхода первых статей прошло 15 лет, и специалисты по генетике выявили еще несколько десятков генов, ответственных за НС.
Мутации в этих генах вызывают как синдро-мальные (их 15-20%), так и несиндромальные (их 80-85%) НС. Среди тех и других есть ауто-сомно-рецессивные (80%), аутосомно-доми-нантные (15%) и связанные с Х-хромосомой (45%) заболевания. Было опубликовано много обзоров, в которых приведен обширный список генов, вносящих вклад в глухоту/тугоухость в разных человеческих популяциях. Но оказалось, что у европейцев основной ген, мутации в котором вызывают врожденные НС, один. Это ген белка коннексина-26 [6-9]. В обзорах по коннек-сину-26 рассматривается его функция в слуховой системе человека и связь мутаций в этом гене с НС. Приводятся данные о влиянии мутаций в гене коннексина-26 на рецепцию звука на клеточном и тканевом уровне. Врожденная наследственная глухота/тугоухость у европейцев, вызванная мутациями в гене белка коннекси-на-26, является несиндромальной, а сами мутации - аутосомно-рецессивными. Но для настоящей статьи не это главное. Более важны практические следствия из этих исследований.
Наследственная глухота/тугоухость в центральной части РФ
Наша группа уже несколько лет занимается изучением наследственной глухоты и тугоухости в РФ и ее особенностями у разных народов, например, у населения центральной России и
Дагестана [10-15]. Эти регионы сильно различаются по генетическим формам глухоты и тугоухости. В Дагестане коннексиновая глухота/ тугоухость встречается достаточно редко. Однако в центральных районах РФ, как и в большинстве западноевропейских стран, мутации в гене коннексина-26 сильно распространены.
Ген коннексина-26 является пока единственным, на который имеется генная диагностика в РФ. Можно ли использовать генную диагностику, направленную на коннексин-26, для того, чтобы помочь молодым людям из центральной России сделать правильный прогноз качества их жизни и жизни их детей тогда, когда они образуют семью. Обычно глухие/тугоухие молодые люди заключают браки друг с другом. Каким будет слух у их детей? Как часто у двух взрослых людей с НС рождаются нормально слышащие дети? Зависит ли это от того, являются ли НС у родителей наследственными или приобретенными - их приблизительно поровну в популяции людей с НС? Ясно только, что для молодых людей из центральной России генотип детей может быть вычислен по результату генной диагностики их родителей.
Когда можно предположить, что мутация у глухих/тугоухих родителей произошла именно в гене коннексина-26?
• Потери слуха в таких случаях являются врожденными, часто не имеют явной причины, бывают глубокими;
• не сопровождаются другими медицинскими проблемами, такими как, например, в синдромальных случаях;
• с возрастом практически не прогрессируют;
• являются аутосомно-рецессивными и часто (до 40% случаев) возникают у детей, родители которых слышат хорошо;
• у ребенка с НС могут быть слабослышащие братья и сестры, у которых впоследствии могут родиться дети с ухудшенным слухом.
В МПГУ на сурдоотделение дефектологического факультета приезжают учиться молодые люди с НС со всей РФ, но более всего из центральной России: Московской, Курской, Белгородской, Воронежской, Тамбовской и Липецкой областей, где по национальному составу население почти исключительно русское. Степень нарушения слуха у них разная (тугоухость III, IV степени и глухота). В ходе занятий по курсу «Основы генетики»
выясняется, что многие из них имеют признаки коннексиновой глухоты/тугоухости.
Заполняя анкету в конце курса «Основы генетики», большинство студентов (66,3%) указывают, что причина нарушений слуха им не ясна, при этом, как правило, в анкете они также отмечают пункты, что нарушения были приобретены в результате патологии родов и/или ошибки врачей, лечивших их антибиотиками. Возможность патологической наследственности как причины заболевания указывается студентами в целом лишь в 12% случаев (это явные случаи, когда оба их родителя были с НС) несмотря на то, что родословные показывают в 40% случаев наличие дальних родственников с НС. Создается впечатление, что молодые люди с НС не указывают наследственность в качестве причины своей глухоты/тугоухости, пытаясь явно заменить ее любой другой причиной.
Молодые люди, у которых слышат родители, тем более не считают наследственность возможной причиной потери слуха, даже при наличии в семье других пораженных детей или других глухих родственников. Эти данные как нельзя лучше демонстрируют несоответствие представлений молодых людей и, по-видимому, их родителей о причинах глухоты/тугоухости в семье. Напрашивается единственный вывод, что знания о причинах НС, которыми располагают молодые люди, а порой и специалисты, с которыми они общаются, давно устарели, или они любыми способами хотят избежать правдивой информации. Ситуация меняется, когда молодые люди начинают задумываться о том, что представляют собой аутосомно-рецессивные мутации, и особенно о том, каким может быть слух у их детей. Информация о генах будущих потомков - это то, что они хотят дейсти-тельно узнать у преподавателя-генетика.
Всем желающим студентам с НС нами было предложено сделать ДНК-диагностику на наличие мутаций в гене коннексина-26 (его медицинское название - ген Из капельки крови, взятой из пальца и помещенной на марлевую салфетку, в лаборатории выделяют ДНК и специальными молекулярными методами определяют присутствие в этом гене специфических мутаций.
Был получен удивительный результат: оказалось, что у всех русских конексиновая глухота/тугоухость составляет более половины случаев детских нарушений слуха, даже более, чем
в других странах Европы. И она практически вся связана с единственной мутацией в гене коннексина-26 - мутацией 35бе^. Таким образом, частота коннексиновой глухоты/тугоухости в центральной России составляет около 1:2000 среди всех новорожденных.
Коннексиновая глухота/тугоухость имеет
аутосомно-рецессивный тип наследования
Кроме наиболее распространенной мутации 35бе^ среди студентов встречаются, но редко мутации 312бе114,235delC, 167бе1Т. Эти мутации сдвигают рамку считывания гена и делают белок коротким. У каждого родителя есть по два варианта любого из генов, влияющих на слух. Обычно оба гена - нормальные. Однако, как оказалось, многие люди в мире являются носителями одной «глухой» мутации, хотя сами они этого не подозревают и имеют нормальный слух только за счет второго нормального аллеля. Глухота/тугоухость развиваются у их ребенка, если оба родителя передают ему мутантные аллели. Носителем «глухих» аллелей среди европейцев является в среднем каждый двадцатый человек, а в отдельных популяциях и выше [7; 16].
Если бы дети с нарушениями слуха рождались только в паре слышащих родителей - носителей мутантного гена, то нейросенсорная тухоухость не была бы распространена так широко. Высокая же частота коннексиновой глухоты, наблюдаемая в наши дни, стала результатом предпочтительного выбора жены или мужа из сообщества людей с НС. Среди таких пар, как показали исследования родословных, проведенные студентами нашего вуза, 40% имеют тугоухих или глухих детей или дальних родственников с НС. Именно эти семейные случаи ранее относили к наследственным. Что, как следует из аутосомно-рецессивной природы коннексиновой глухоты, не совсем точно: многие глухие дети слышащих родителей - спорадические случаи - из семей, в которых не встречались ранее люди с НС, также имеют мутации в гене коннекси-на-26, но выявить это могут только методы генной диагностики. Как результат, мутированность этого гена была выявлена не только у большинства студентов из семей глухих/тугоухих родителей, но и у 57% студентов, в семьях которых нарушений слуха до того не наблюдалось.
Как случилось, что мутации в коннекси-не-26 распространилась так широко именно в
центральной России, не совсем ясно. Такому распространению могла способствовать традиция заключения браков между глухими в России. В азиатских же странах, как показала проведенная нами ДНК-диагностика среди глухих детей из школы-интерната г. Махачкалы (Дагестан), частота коннексиновой тугоухости значительно ниже, видимо, из-за того, что такой традиции - браков между глухими - там не существовало. Генетические нарушения слуха имеют место, видимо, за счет других генов. Возможно, что более частыми в Дагестане являются синдромальные случаи глухоты/тугоухости.
Значение коннексина-26 для функционирования рецепторов слуха
У человека в кортиевом органе внутреннего уха имеется два типа рецепторов слуха (воло-сковых клеток) - внутренние и наружные. И те и другие обладают механочувствительностью, однако коннексина-26 они не содержат. При срабатывании слуховых рецепторов вокруг них накапливается большое количество продуктов обмена, в первую очередь, К+ и глутамата. Последние должны быть быстро поглощены и обезврежены. Вместе с тем большое количество коннексина-26 обнаруживается в поддерживающих клетках кортиева органа, соседствующих с волосковыми клетками. Коннексин-26 формирует каналы щелевых контактов (gap junctions) в поддерживающих клетках, делая клеточную сеть улитки буферной и транспортной системой как для ионов (в первую очередь, K+), так и для других мелких регуляторных молекул (возможно, глутамата). Эта система имеет большое значение для нормального функционирования рецепторов слуха. Мутации гена коннексина-26 (гена GJB2), приводящие к нейросенсорной глухоте/ тугоухости, вызывают деградацию рецепторов слуха и их отравление продуктами обмена.
3
аа
Генетическое прогнозирование потомства
Можно ли на основании данных генной диагностики сделать предсказания для каждой пары о слухе их будущих потомков? Да, можно, и
8
аа
достаточно точно. Вернемся опять к причинам глухоты. Кроме наследственной аутосомно-ре-цессивной «коннексиновой» имеется еще и приобретенная глухота/тугоухость, вызванная разными внешними причинами. Эти причины не изменяют генов человека, и генетически люди остаются нормальными, ровно так же, как и человек с нормальным слухом. Поэтому, даже если у человека выявлена наследственная, коннексиновая, глухота, это еще не приговор для его детей. Будет ли она или не будет передаваться по наследству, зависит от генетики второго родителя, даже если он глухой.
Первое, глухота/тугоухость не передается детям, если второй родитель имеет приобретенные НС или не имеет НС вообще (рисунок, справа). Однако если оба родителя имеют наследственные НС слуха, связанные с мутациями в GJB2 гене, то все их дети будут иметь НС (рисунок, слева).
На рисунке показаны три поколения людей с глухотой/тугоухостью, между которыми были заключены браки. Больные закрашены темным. Буквами указаны генотипы родителей: А - нормальный генотип, а - генотип с мутацией в гене коннексина-26. Справа - брак между человеком с коннексиновой глухотой/тугоухостью (аа) и приобретенными НС (АА). Дети будут нормально слышать, хотя и являются гетерозиготными носителями мутации в одном из аллелей гена GJB2 (Аа). Слева, брак между двумя родителями с коннексиновыми глухотой/тугоухостью (аа), в этом случае все дети будут иметь НС.
О
Аа
Аа
йт* 6 *лН
4
аа
5
АА/Аа
6
аа
■ •
7
АА
9
аа
10 Аа
Рис. Родословная людей с глухотой/тугоухостью
Заключение
Анализируя причины врожденных НС у студентов, приехавших учиться в Москву в МПГУ, мы обнаружили, что около половины всех обследованных московских студентов с глухотой/тугоухостью имеют мутации в одном и том же гене - гене коннексина-26. Это означает, что наследственные НС с мутациями в гене коннексина-26 чрезвычайно распространены в центральной России. Предполагая, что остальные из обследованных студентов имеют приобретенную глухоту/тугоухость, мы рассмотрели случаи браков двух глухих/тугоухих родителей с наследственными и не-наследствеными НС. Мы показываем, что глухота/ тугоухость не передается детям, если второй родитель имеет приобретенные НС или не имеет НС вообще. Однако если оба родителя имеют наследственные НС слуха, связанные с мутациями в GJB2 гене, то все их дети будут иметь НС. Таким образом, генная диагностика с выявлением мутаций в гене коннексина-26, проведенная для обоих родителей, может предсказать, будут ли молодые семьи иметь глухих (тугоухих) или нормально слышащих детей.
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ
1. Kelsel, D. P. Connexin 26 mutations in hereditary non-syndromic sensorineural deafness [Text] / D. P. Kelsell, J. Dunlop, H. P. Stevens // Nature. - 1997. - V. 387. - P. 80-83.
2. Morton, C. Genetics, genomics and gene discovery in the auditory system [Text] / C. Morton // Hum. Mol. Genet. - 2002. - V. 11. - P. 1229-1240.
3. Forge, A, The molecular architecture of the inner ear [Text] / A. Forge, T. Wright // Brit. Med. Bull. 2002. V. 63. P. 5-24.
4. Petersen, M. B. Non-syndromic, autosomal-dominant deafness [Text] / M. V. Petersen // Clinic. Genet. - 2002. - V. 62. - P. 1-13.
5. Petersen, M. B. Non-syndromic, autosomal-recessive deafness [Text] / M. B. Petersen, P. J. Willems // Clinic. Genet. - 2006. - V. 69. - P. 371-392.
6. Estivill, X. Connexin-26 mutations in sporadic and inherited sensorineural deafness [Text] / X. Estivill, P. Fortina, S. Surrey // Lancet. - 1998. - V. 351. - P. 394-398.
7. Clinical features of the prevalent form of childhood deafness, DFNB1, due to a connexin-26 gene defect: implications for genetic counseling
[Text] / F. Denoyelle, S. Marlin, D. Weil, L. Moatti, P. Chauvin, E. Garabedian, C. Petit // Lancet. - 1999. - V. 353. - P. 1298-1230.
8. Rabionet, R. Molecular genetics of hearing impairment due to mutations in gap junction genes encoding beta connexins [Text] / R. Rabionet, P. Gasparini, X. Estivill // Hum. Mutat. - 2000. - V. 16. - P. 190-202.
9. Kenneson, A. GJB2 (connexin 26) variants and nonsyndromic sensorineural hearing loss: a HuGE review [Text] / A. Kenneson, K. Van Naarden Braun, C. Van Boyle // Genet. Med. -2002. - V. 4. - P. 258-274.
10. Божкова, В. П. Наследственные нарушения слуха: роль щелевых контактов [Текст] / В. П. Божкова // Сенсорные системы. - 2008. -Т. 22, № 1. - С. 3-19.
11. Баталова, Д. В. Наследственные нарушения слуха: дифференцирование 60 случаев ранней глухоты и тугоухости [Текст] / Д. В. Баталова, В. П. Божкова // Сб. тр. молодеж. междунар. конф. ITaS-2008 / Ин-т проблем передачи информации РАН. - 2008.
12. Bozhkova, V. P. Genetic variants of GJB2-related deafness in North Caucasus [Text] / V. P. Bozhkova, Z. K. Khashaev, T. M. Umanskaya // Proceedings of 9th EFAS Congress, Puerto de la Cruz, Spain, 2009.
13. Божкова, В. П. Сравнение частоты и мутационного спектра GJB2-связанных нарушений слуха у детей Дагестана и европейской части России [Текст] / В. П. Божкова, З. Х. Хашаев, Т. М. Уманская // Биофизика. - 2010.
- Т. 55, вып. 3. - С. 514-525.
14. Bozhkova, V. P. Frequence and the mutation spectrum of GJB2-related hearing loss in children of Dagestan as compared with the central European part of Russia [Text] / V. P. Bozhkova, Z. K. Khashaev, T. M. Umanskaya // Biophysics.
- 2010. - V. 55, No. 3. - P. 453-462.
15. Божкова, В. П. Изучение наследственных нарушений слуха у детей Северного Кавказа [Текст] / В. П. Божкова, З. Х. Хашаев, Ш. М. Магомедов // Фундаментальные исследования. Медицинские науки. - 2011. - № 5. - С. 23-27.
16. High carrier frequency of the 35delG deafness mutation in European populations. Genetic Analysis Consortium of GJB2 35delG [Text] / P. Gasparini, R. Rabionet, G. Barbujani et al. // Eur. J. Hum. Genet. - 2000. - V. 8. - P. 19-23.
REFERENCES
1. Kelsel D. P., Dunlop J., Stevens H. P. Connexin 26 mutations in hereditary non-syndromic sensorineural deafness. Nature, 1997, v. 387, pp. 80-83.
2. Morton C. Genetics, genomics and gene discovery in the auditory system. Hum. Mol. Genet., 2002, v. 11, pp. 1229-1240.
3. Forge, A., Wright T. The molecular architecture of the inner ear. Brit. Med. Bull., 2002, v. 63, pp. 5-24.
4. Petersen M. B. Non-syndromic, autosomal-dominant deafness. Clinic. Genet, 2002, v. 62, pp. 1-13.
5. Petersen M. B., Willems P. J. Non-syndromic, autosomal-recessive deafness. Clinic. Genet, 2006, v. 69, pp. 371-392.
6. Estivill X., Fortina P., Surrey S. Connexin-26 mutations in sporadic and inherited sensorineu-ral deafness. Lancet, 1998, v. 351, pp. 394-398.
7. Denoyelle F., Marlin S., Weil D., Moatti L., Chauvin P., Garabedian E., Petit C. Clinical features of the prevalent form of childhood deafness, DFNB1, due to a connexin-26 gene defect: implications for genetic counseling. Lancet, 1999, v. 353, pp. 1298-1230.
8. Rabionet R., Gasparini P., Estivill X. Molecular genetics of hearing impairment due to mutations in gap junction genes encoding beta con-nexins. Hum. Mutat., 2000, v. 16, pp. 190-202.
9. Kenneson A., Van Naarden Braun K., Van Boyle C. GJB2 (connexin 26) variants and nonsyn-dromic sensorineural hearing loss: a HuGE review. Genet. Med., 2002, v. 4, pp. 258-274.
10. Bozhkova V. P. Nasledstvennye narusheniya slukha: rol shchelevykh kontaktov (Inherited hearing loss: the role of gap junctions). Sen-sornye sistemy (Sensor systems), 2008, v. 22, No. 1, pp. 3-19.
11. Batalova D. V., Bozhkova V. P. Nasledstvennye narusheniya slukha: differentsirovanie 60 sluch-
aev ranney glukhoty i tugoukhosti (Inherited hearing loss: differentiation of 60 cases of early deafness and hardness of hearing). Sb. tr. molo-dezh. mezhdunar. konf. ITaS-2008 (Proceedings of youth international conference ITaS-2008). In-t problem peredachi informatsii RAN. (Institute for Information Transmission Problems of the Russian Academy of Sciences). 2008.
12. Bozhkova V. P., Khashaev Z. K., Umanskaya T. M. Genetic variants of GJB2-related deafness in North Caucasus. Proceedings of 9thEFAS Congress, Puerto de la Cruz, Spain, 2009.
13. Bozhkova V. P., Khashaev Z. Kh., Umanskaya T. M. Sravnenie chastoty i mutatsionnogo spektra GJB2-svyazannykh narusheniy slukha u de-tey Dagestana i evropeyskoy chasti Rossii (Frequence and the mutation spectrum of GJB2-re-lated hearing loss in children of Dagestan as compared with the central European part of Russia). Biofizika (Biophysics), 2010, v. 55, No. 3, pp. 514-525.
14. Bozhkova V. P., Khashaev Z. K., Umanskaya T. M. Frequence and the mutation spectrum of GJB2-related hearing loss in children of Dagestan as compared with the central European part of Russia. Biophysics, 2010, v. 55, No. 3, pp. 453-462.
15. Bozhkova V. P., Khashaev Z. Kh., Magomedov Sh. M. Izuchenie nasledstvennykh narusheniy slukha u detey Severnogo Kavkaza (The study of hereditary hearing loss by children of the North Caucasus). Fundamentalnye issledovani-ya. Meditsinskie nauki (Fundamental studies. Medical sciences), 2011, No. 5, pp. 23-27.
16. Gasparini P., Rabionet R., Barbujani G.et al. High carrier frequency of the 35delG deafness mutation in European populations. Genetic Analysis Consortium of GJB2 35delG. Eur. J. Hum. Genet, 2000, v. 8, pp. 19-23.
Божкова Валентина Петровна, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник Института проблем передачи информации им. А. А. Харкевича РАН, профессор Московского педагогического государственного университета e-mail: [email protected]
Bozhkova Valentina P., Dr. Habil. in Biology, Leading Research Worker, Institute for Information Transmission Problems n.a. A.A. Kharkevich, Russian Academy of Sciences, Professor, Moscow State Pedagogical University e-mail: [email protected]
Николаев Илья Петрович, доцент Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова e-mail: [email protected]
Nikolaev Ilia P., Associate Professor, Moscow State University n.a. M. V. Lomonosov e-mail: [email protected]
