Синдром Ди Джорджи (Ди Георга)

Недавно генетики и  эмбриологи описали третье исключение — это геномный импринтинг, когда  оба родителя передают потомкам совершенно идентичные гены, но эти гены несут  специфический отпечаток пола родителей, т.е. отцовские и материнские гены активированы или супрессированы во время гаметогенеза по-разному. Таким образом, в некоторых случаях важно, от кого из родителей унаследован ген [1]. Суть геномного импринтинга заключается в том, что гены, передаваемые потомству, несут специфический «отпечаток» пола родителя, т.е. отцовские и материнские гены маркированы по-разному; причем эти «отпечатки» временные и могут быть «стерты». Вследствие геномного импринтинга потомки, получившие маркированные гены от матери, отличаются от тех, которые унаследовали такие гены от отца. Другими словами, в некоторых случаях важно, от которого из родителей унаследован ген [1, 3]. 

Многие исследователи  пытались установить молекулярную природу  геномного импринтинга, обеспечивающие его механизмы, а также число  и функции маркируемых генов. Благодаря этому сделано несколько  замечательных открытий, которые  расширяют понимание ряда раковых  и наследственных заболеваний, а  также некоторых других патологий. Изучение геномного импринтинга, возможно, откроет что-то новое и в наследовании признаков, которые вполне удовлетворительно  объясняются в рамках классической менделевской генетики [3]. 

Термин «импринтинг» (imprint — отпечаток) впервые предложил в 1960 г. Х. Кроуз из Колумбийского университета США для описания селективной элиминации отцовских хромосом у насекомых. Геномный импринтинг называют эпигенетическим явлением, подчеркивая этим, что наследуются изменения генной активности, обусловленные родительским происхождением хромосом или их фрагментов, а не структурные перестройки генетического материала (мутации). Таким образом, в некоторых участках генома, подверженных геномному импринтингу, экспрессируется только один отцовский или материнский аллель, т.е. наблюдается моноаллельная экспрессия импринтированных генов (генов, которые дифференциально экспрессируются в зависимости от отцовского или материнского происхождения) в отличие от обычной диаллельной. Причем, если импринтирован материнский ген, то экспрессируется отцовский аллель и наоборот. Наличие такого способа регуляции работы генов свидетельствует о неэквивалентном вкладе родителей в функционирование генома потомков, а фенотипические признаки, контролируемые импринтированными локусами, могут появляться в результате не только мутаций генов, но и нарушения эпигенетической программы регуляции генной экспрессии [1]. 

Геномный импринтинг занимает особое место среди специфических  механизмов регуляции активности генов  на ранних стадиях развития, приводя  к различиям в экспрессии гомологичных материнских и отцовских аллелей. Первоначальный «отпечаток», созданный  в половых клетках, служит основанием для дальнейших модификаций в  результате взаимодействий между родительскими  геномами и цитоплазматическими  факторами яйцеклетки во время формирования пронуклеуса (автономное существование яйцеклетки и сперматозоида в зиготе). Последующие эпигенетические модификации могут привести к тому, что изменения в экспрессии генов будут стабильно передаваться в процессе развития клеточных поколений. Геномный импринтинг, например, может изменять дозу генов, контролирующих рост эмбриона, клеточную пролиферацию и дифференцировку [1]. 

Изучение геномного  импринтинга у млекопитающих  началось в начале 80-х годов XX в. после опытов на мышах, проведенных Дж. Мак Гратом, Д. Солтером и М. Сурани (рис. 1). Авторы разработали тонкий микрохирургический метод переноса клеточных ядер мышиных эмбрионов в стадии пронуклеусов и показали, что наследование хромосомных наборов только от одного из родителей приводит к нарушению процесса развития. Оказалось, что отцовский генетический вклад важен для развития плаценты, а материнский вклад необходим для развития тела эмбриона. Далее было показано, что наследование части индивидуальных хромосом или целой хромосомы только от одного из родителей может также приводить к аномальному фенотипу [3]. 

Таким образом, геномный импринтинг состоит в том, что  хромосомы половых клеток (сперматозоидов или яйцеклеток) индивида приобретают  «отпечаток» его пола (рис. 2). Потомство  получает один набор хромосом с отцовской  маркировкой некоторых генов, а  другой - с материнской. При образовании  у потомка половых клеток прежний  «отпечаток» стирается и эти гены маркируются в соответствии с полом данной особи. 
 
 

Рис. 1 Геномный импринтинг у мышей 
 
 

Рис. 2 Геномный импринтинг у человека 

  

1.3 Болезни импринтинга 

Проявления геномного  импринтинга удивительным образом  связаны с некоторыми заболеваниями  человека. Неожиданно оказалось, что  в природе уже существуют параллели  тем экспериментальным состояниям, которые исследовали у мышей. Недавно Р. Николлс и его коллеги из Медицинской школы Гарвардского университета установили, что у многих больных с синдромов Прадера—Вилли обе хромосомы 15 унаследованы от матери [3]. 

Р. Николлс, Дж. Кнолл (тоже сотрудник Гарвардского университета) и Ч. Уильямс из Флоридского университета обнаружили связанную с геномным импринтингом закономерность у больных с синдромом Ангельмана. У таких больных нередко имеют место частичные делеции унаследованной от матери хромосомы 15, в результате чего полностью функциональна только отцовская хромосома 15. 

Эти два заболевания, хотя и столь разные по клинической  картине, могут быть связаны с  различиями в импринтинге одних  и тех же генов одной и той  же хромосомы. Однако в отличие от ненормально крупных и мелких мышей, синдромы Прадера—Вилли и Ангельмана не удается представить просто как две стороны одной медали, т. е. объяснить избытком либо недостатком продуктов одних и тех же генов. Исследования Николлса и его коллег показали, что бывает очень трудно предсказать, каким образом конкретные признаки зависят от процесса геномного импринтинга. Полезно было бы изучить на этот предмет многие наследственные заболевания человека; не исключено, что найдутся указания на влияние геномного импринтинга [3]. 

Примером импринтинга  целого генома у человека является истинный пузырный занос, который возникает  при оплодотворении яйцеклетки, лишенной материнских хромосом, двумя сперматозоидами. Несмотря на наличие полноценного диплоидного  набора, ранний эмбриогенез таких  зигот протекает аномально: ткани  собственно эмбриона вообще не формируются, однако бурно разрастается трофобласт. В случае двойного набора материнских хромосом развивается тератома — эмбриональная опухоль. Следовательно, у человека, как и у мыши, на ранних стадиях развития геном отца преимущественно обеспечивает развитие провизорных органов, а геном матери — эмбриональных структур. Только материнский или только отцовский геномы не в состоянии обеспечить нормальное развитие эмбриона [1, 3]. 

На организменном  уровне эффект импринтинга обнаружен  в связи с наличием в хромосомном  наборе фрагментов или целых хромосом одного (материнского или отцовского) происхождения — так называемая однородытельская дисомия (ОРД), т.е. наблюдается качественный, а не количественный хромосомный дисбаланс. Известны два основных механизма образования ОРД у человека: коррекция трисомии до дисомии (гетеродисомия), происходящая в 1-м мейотическом делении, и коррекция моносомии до дисомии (изодисомия) — во 2-м мейотическом делении. 

Феноменология импринтинга  значительно лучше изучена у  мыши, чем у человека, и поскольку  известна гомология между хромосомами  человека и мыши (примерно по 700 локусам), можно использовать данные по импринтингу, полученные на мышах, для целенаправленного  поиска импринтинга по определенным локусам у человека. 

Импринтированные гены и их транскрипты обнаружены на многих хромосомах человека — 1, 5, 6, 7, 11, 13, 15, 19, 20 и X. На хромосоме 7 мыши и хромосомах 1 и 15 человека найдены два больших кластера ортологичных импринтированных генов, т.е. эволюционно консервативных по статусу импринтинга. Идентифицированы гены с полиморфным импринтингом, т.е. с сочетанием моноаллельной экспрессии в одних тканях и диаллельной — в других. По-видимому, такая тканеспецифическая эпигенетическая модификация некоторых генов может быть одним из механизмов, обеспечивающих дифференциальную экспрессию генов клеток разных тканей в ходе развития [1]. 

В последние годы с помощью молекулярно-генетических методов феномен геномного импринтинга  наблюдают и при мультифакториальных заболеваниях. Например, четко выраженный отцовский импринтинг обнаружен при атопическом дерматите, материнский — при бронхиальной астме и атопии у детей. При инсулинзависимом сахарном диабете выявлена более высокая вероятность отцовского импринтинга. Ген инсулина у человека расположен в кластере импринтированных генов 11р15 и гомологичен локусам в мышином геноме, подверженным импринтингу. Кроме того, обнаружена ОРД отцовского происхождения у детей с неонатальным сахарным диабетом. 

Примеров заболеваний, в основе этиологии которых лежит  нарушение функции импринтированных участков генома, довольно много, поэтому можно говорить об особом классе заболеваний человека — «болезнях импринтинга», которых насчитывается уже более 30. Основные из них приведены в табл. 1. 

Таблица 1 

Предполагаемые «болезни импринтинга» у человекаЗаболевание Хромосома Происхождение

Синдром Адамса—Оливера.  Материнское

Болезнь Альцгеймера  Отцовское

Синдром Энжельмена 15 Материнское

Атопия 11 То же

Церебеллярная атаксия  Отцовское

Расщелина губы  То же

Врожденный порок  сердца  Материнское

Семейные опухоли  клубочков 11 Отцовское

Синдром ломкой хромосомы X X Материнское

Синдром Гольденхара  То же

Хорея Гентингтона (ювенильная форма) 4 Отцовское

Идиопатический гипертрофический субаортальный стеноз  То же

Злокачественная гипертермия 19 Материнское

Миотоническая дистрофия (врожденная) 19 То же

Нарколепсия 6 » »

Дефекты невральной трубки  Отцовское

Нейрофиброматоз 1 17 Материнское

Нейрофиброматоз II 22 То же

Поликистоз почек (два локуса) 16 и ? Материнское и отцовское

Поликистоз яичников  Материнское

Синдром Прадера—Вилли 15 Отцовское

Псориаз  То же

Псевдопсевдогипопаратиреоз 20 Материнское

Спиноцеребеллярная  атаксия  Отцовское

Туберозный склероз  Материнское

Синдром Видемана—Беквита 11 То же

Билатеральная спорадическая  ретинобластома 13 » »

Агенезия почек, аномалии лица 16 » »

Синдром лицевых  аномалий, микрокрании, аномалий респираторного тракта, гепатомегалии 14 Отцовское

Синдром Сильвера—Рассела 7 Материнское

Синдром умственной отсталости, низкого роста, преждевременного полового созревания 14 То же

Заболевание Хромосома Происхождение

Синдром Адамса—Оливера.  Материнское

Болезнь Альцгеймера  Отцовское

Синдром Энжельмена 15 Материнское

Атопия 11 То же

Церебеллярная атаксия  Отцовское

Расщелина губы  То же

Врожденный порок  сердца  Материнское 
 

микроделеция дисомия наследственный импринтинг 
 

  

ГЛАВА 2. ХАРАКТЕРИСТИКА СИНДРОМОВ ПРАДЕРА-ВИЛЛИ И АНГЕЛЬМАНА 

  

2.1 Цитогенетическая  характеристика синдромов Прадера-Вилли  и Ангельмана 

Наиболее убедительные данные получены при синдроме Прадера—Вилли (СПВ) и синдроме Ангельмана (СЭ), которые, имея существенно разные клинические проявления, в своей основе имеют сходные молекулярно-цитогенетические изменения (табл. 2 и 3). 

Таблица 2 

Корреляция генотип-фенотип  при синдроме АнгельманаСимптом Del ОРД (2-3 %) Мутации

      15q11-q13 (70-75 %)  «импринтинга» (3-4 %)

Тяжелая умственная отсталость + + +

Отсутствие речи 

+ 

+ +

Атаксия + + 

+