Генетика болезни Альцгеймера

  Болезнь Альцгеймера (AD) - прогрессирующее заболевание, поражающее главным образом лиц пожилого возраста и проявляющееся нарушениями в когнитивной сфере , снижением памяти и , в конечном, итоге,  более ранней смертью.

           Несмотря на то, что в принципе факторы риска возникновения болезни Альцгеймера и , в частности, гены - кандидаты, обусловливающее ее развитие, сегодня известны многочисленные программы генетических исследований популярны в разных странах мира. В последние годы , новые технологии молекулярно - генетических исследований, например, такие , как полногеномный анализ ассоциаций ( GWAS) , позволяют выявлять ассоциации раннее неизвестных копий числа вариаций ( CNVs) при болезни Альцгеймера. Большое количество генетических исследований затрудняет клиническую интерпретацию полученных данных, как для врачей , так и для генетиков. Оценка и интерпретация результатов исследований здесь нередко приводит к конфликтам интересов, в частности, по вопросу имплицирования CNVs при болезни Альцгеймера.

            Современная классификация болезни Альцгеймера предполагает наличие двух ее типов , зависящих от возраста дебюта этого психоневрологического расстройства: раннее начало (early-onset - EOAD), которое приходится на возраст моложе 65 лет  составляет меньше чем 5% всех случаев и поздний дебют  ( late-onset - LOAD) с началом болезни старше 65 лет, которая достаточно распространена и имеет оценку наследования в пределах от 58% до 79%. Наличие случаев болезни Альцгеймера в анамнезе семьи является вторым по величине фактором риска для этой болезни, и этот факт характерен , как для EOAD, так и для LOAD.

           
              Приблизительно в 13% семейных случаев EOAD болезнь наследуется по аутосомно - доминатному варианту с полной пенетрантностью (по крайней мере,  три случая в трех поколениях) и является следствием мутаций в трех генах:  APP ( амилоидный предшественник протеина) крахмалистый предшествующий белок, хромосома 21q21), PSEN1 (пресенилин-1, хромосома.14q24), и PSEN2 (пресенилин -2, хромосома.1q42). Ген APP кодирует трансмембранный белок AβPP, который может расщепляться различными клеточными протеазами: α-, β-, и γ- секретазами. PSEN1 и PSEN2 кодируют важные составляющие комплекса γ- секретазы.

           В целом, Менделевская форма болезни представляет собой очень редкий вариант и наблюдается лишь в небольшом проценте случаев болезни Альцгеймера  ( менее 1%).

          Большинство случаев, вероятно, является следствием комбинации не наследственных факторов и генетической "уязвимости".  Для LOAD в настоящее время не выявлены гены - кандидаты  , которые, вероятно, являются разнородными и многофакторными. Самый большой известный фактор риска представляет собой сам процесс старения. Другие потенциальные не генетические факторы риска включают в себя: пол, травмы головного мозга , сахарный диабет, курение сигарет и потребление алкоголя. Эпигенетические механизмы, такие как патолологическая ДНК , метилирование и модификация гистона, могут также повышать риск возникновения болезни Альцгеймера.

          Главным геном, вовлеченным в процес восприимчивости к болезни Альцгеймера  считается APOE локализованный на хромосоме 19q13.2 и кодирующий белок APOE, выявляемый в сенильных бляшках, сосудах мозга  и NFTs ( intracellular neurofibrillary tangles - внутриклеточных нейрофибриллярных клубках). APOE влияет на формирование бляшек в нейронах у мышей  и связывает Aβ in vitro. Аллель APOEɛ4 признается сегодня  самым сильным генетическим фактором риска для LOAD в геннном "дозо - зависимом" материале, что было показано в исследованиях ассоциаций полного генома (GWAS) ( мета - анализ , Lambert et al., 2013) и подтверждено случаями генетического анализа ранних случаев дебюта болезни Альцгеймера. Однако этот полиморфизм объясняет менее, чем половину генеетических вариаций риска возникновения болезни Альцгеймера , присутстви ɛ4 аллелей  не достаточно само по себе для развития этой болезни. Эти доказательства предполагают существование дополнительных генетических факторов риска, что было показано последними  большими GWAS (также см. http://www.alzgene.org/ для полного списка генов-кандидатов). Несколько обзоров генетики болезни Альцгеймера также  доступны в интернете.

            Недавние исследования показали, что дупликации или делеции фрагментов ДНК, известные в литературе ,  копии числа вариаций  (CNVs), могут играть роль в неизвестных сегодня факторов наследования болезни Альцгеймера.  Отметим, что CNVs способны вызвать , как нормальные, так и патологенные генетические вариации, модулировать экспрессию гена, изменять структуру последнего и приводить к значительным вариациям фенотипа.  Кроме того, некоторые CNVs, оказывают влияния на активность ферментов , метаболизирующих препараты и формирующие тот или иной ответ на лекарственные средства.

           CNVs представляют собой сегменты ДНК, которые варьируют от одной килобазы (kb) до нескольких мегабаз  (Mb) и представляют переменное число копии по сравнению с референтным геномом. Они заключаются в делециях и дупликациях ДНК  и представляют большинство преобладающих типов структурных изменений ( вариаций)  в геноме человека. Делеции относительно определенных категорий генов, таких как "доза - сенситивные" ( чувствительные к дозировке ) гены, недостаточно представлены в регионах CNV и могли подвергнуться отрицательной селекции ( выборке), в то время как дупликации, менее вероятно, окажутся патогенными и часто являются объектом положительного выбора, который поддерживает эволюцию многих семейств генов , например, как  те, которые кодируют иммуноглобулины, глобины и обонятельные рецепторы. CNVs могут включать один или несколько генов и распределяться неоднородным способом; на самом деле, они обнаруживаются, главным образом, впереди центромеров  и теломеров, вероятно потому что у этих  регионов генома есть склонность в повторяющимся сегментам ( повторам).  CNVs связаны с присутствием экзонов, сегментами дупликаций, и  также называются "низко копируемыми повторами" (LCRs), microRNAs и повторяющимися элементами, такими как последовательности Alu. CNVs составляют приблизительно 12% генома человека и ответственны за важную пропорцию нормальных изменений фенотипа. Они разделяются на две основных группы: текущие CNVs и единовременные ( не рекуррентные)  CNVs. Текущие ( рекуррентные) CNVs возникают, вероятно, в процессе гомологичной  рекомбинации между повторяющимися последовательностями во время мейоза; единовременные CNVs, напротив, часто вызываются не гомологичными (несоответственными) механизмами, которые происходят по всему геному и имеют место на сайтах гомологичных 2-15 парам оснований. . Эти ошибки могут быть или простыми, когда сегмент ДНК сокращен из его исходного положения, и, когда он присоединен к концевой части ДНК , или сложным, если сопровождается инсерцией или дупликацией  или  контрольных точек ДНК (DNAat). CNVs могут  быть большими или маленькими: первые часто находятся в регионах, содержащих большие гомологичные повторы или "сегментальные дупликации", в то время как маленькие, CNVs появляются из-за несоответствия функционирования механизмов мутаций.  CNVs может затронуть экспрессию гена и вызвать фенотипичное изменение ( вариации), изменив саму организацию генома и "дозу гена". Поэтому они способны также влиять на восприимчивость человека к болезни и ответу на препараты, которыми врачи пытаются ее лечить.

           В геноме человека CNVs также классифицируют на "мягкие" CNV (нормальный геномный вариант), причем, вероятно "мягкий" CNV, вариант неопределенного значения (variant of uncertain significance - VOUS); CNV "возможной клинической релевантности" ( высоко чувствительный локус/ фактор риска/ вероятно, патогенный вариант ) и клинически релевантные CNVs ( патогенный вариант). CNVs может быть семейным или появиться "de novo" с "de novo" мутациями, представляющий собой более высокий уровень , чем однонуклеотидный уровень мутации пары оснований (single base-pair mutation rate )  и способствующий развитию спорадических геномных расстройств. CNVs часто связывают с несколькими сложными и общими расстройствами, включая заболевания нервной системы. Действительно, несколько исследований показали, что восприимчивость к раннему началу болезней , например, таким , как амиотрофический боковой склероз, болезнь Паркинсона, и болезнь Альцгеймера связана с наличием CNVs, которые также увеличивают риск появления и других болезней , таких как шизофрения, аутизм и задержка психического развития.

               Методы анализа CNVs включают в себя обнаружение CNV, генотипирование CNV и анализ ассоциации CNV. Обнаружение ( детекция) CNV и генотипирование проводятся с помощью "смешанного биологического и инструментального" анализа данных  , в то время как анализ ассоциации CNV может быть проведен с помощью методов анализа, специальных алкогоритмов и программного обеспечения. Мы описываем методы для обнаружения CNV и генотипирования сначала и анализа ассоциации CNV впоследствии. CNV детекция касается идентификации локусов CNV путем сравнения множества геномов. Генотипирование CNV фокусируется на обнаружении индивидуальных вариаций , обычно при сравнения их со "справочным геномом". Наиболее распространенные методы для обнаружения CNV и генотипирования могут быть классифицированы на четыре группы, основанные на сравнительной геномной гибридизации (comparative genomic hybridization - CGH), генотипирование однонуклеотидного полиморфизма (SNP) [38], следующее поколение севенирования, и квантифицированное PCR, соответственно.

             Метод многократного "сравнения геномической гибридизации" (aCGH) , ранее наиболее часто использовался для детекции CNVs , но в последнее время он постепенно заменяется методами , основанными на анализе множества однонуклеотидных полиморфизмов (SNPv - arrays). Эти методы базируются на квантифицированном сравнении  дифференцированно маркированного теста и нормальных справочных ( референтных ) ДНК, которые являются кo-гибридному  ко множеству. Изменение интенсивности флюоресценции от локуса к локусу позволяет измерить в ДНК копии числа вариаций.  Эта техника позволяет проанализировать целый геном в течении одного тестирования , но его разрешительная способность остается достаточно низкой. Несколько типоов секвенирования ДНК применяется для конструктивного анализа. Они включают в себя: бактериальные искусственные хромосомы  (bacterial artificial chromosomes (BACs) ( размером 40–200 kb ), инсерции небольших клонов (1.5–4.5 kb), сДНК (cDNA) клоны (0.5–2 kb),  PCR продукты генома (100 bp–1.5 kb) и олигонуклеотиды. Некоторые анализы ( множества), которые используют ВАС клоны предоставляют разные варианты "защиты генома", они не способны идентифицировать  CNVs менее , чем 50 kb. Высоко - точный ( разрешающий ) анализ может .быть получен с помощью определения более коротких ДНК молекул среди множеств.

              Редкие варианты CNVs выделенные при болезни Альцгеймера выглядят следующим образом: хромосома 1p36.33, ген SDF4; хромосома 1q21.1, ген NBPF10; хромосома 1q32.2, ген CR1; хромосома 2p23.3, гены SLC30A3, DNAJC5G, TRIM54 ( часть); хромосома 2q14, ген BIN1; хромосома 2q33.3-q34, ген CREB1, FAM119A; хромосома 3p11.2-3p11, гены CHMP2B, POU1F1 и др.

Категория сообщения в блог: 

Добавить отзыв