Чупливост на х хромозомата. Синдром на чуплива Х

Синдром на крехка хромозома Х (синдром на Мартин-Бел).

Това състояние засяга средно един на 1200 мъже и може би 1 на 800 жени. Това е най-честата причина за умствена изостаналост и е на второ място след синдрома на Даун по разпространение сред различните форми на умствена изостаналост.

Това заболяване се класифицира като моногенно, но моделите на унаследяване на това заболяване са необичайни за Х-свързан признак.

В значителен брой случаи, от 20 до 40%, умствената изостаналост при момчетата се предава от майка, която носи увредена Х-хромозома. В тези 20-40% майката носител е получила увредената си хромозома не от майката, както обикновено, а от привидно здрав баща. Втората странност на това заболяване - така нареченият парадокс на Шърман - се крие в различната степен на проникване на мутацията на синдрома на Fragile X в зависимост от мястото на носителя в родословието. И накрая, има и трета странност. Сред жените носителки на мутантната хромозома, приблизително една трета са засегнати в различна степен от болестта и, в допълнение, децата на такива засегнати жени е по-вероятно да бъдат засегнати, отколкото децата на интелектуално нормални жени носители. Тези засегнати жени получават своята увредена X хромозома от майка си, а не от баща си. Като цяло изглежда, че дъщерите на нормални мъжки предаватели са по-склонни да имат засегнати деца, отколкото майките на нормални мъжки предаватели. Здравите мъжки предаватели предават своята увредена X хромозома на своите дъщери, които стават носители, но са здрави, но синовете на тези дъщери е много вероятно да бъдат болни (парадокс на Шърман).

При определени условия на култивиране на клетки, получени от пациенти с такива симптоми, се отделя фрагмент от основната му част в дисталния (отдалечен от центромера) край на дългото рамо на Х-хромозомата (Xq28). Ето защо болестта е наречена Fragile X Syndrome. Това място на хромозомата се нарича FraXA от английски, fragile. Това поведение на различни хромозоми е доста добре известно, но причините за него са неясни. Всички такива места се наричат ​​крехки, а въпросното също е ХА, защото се намира на Х хромозомата, но там има и други крехки места. Този цитогенетичен ефект е труден за наблюдение.

В тази връзка интересът към генното клониране беше много разбираем. Физическото изолиране на гена, отговорен за тази патология, беше постигнато чрез координираните усилия на много групи. Оказа се, че това е генът FMR1. Установено е също, че ефектът от така наречената динамична мутация играе решаваща роля за развитието на болестта. Сравнително наскоро беше идентифициран нов клас от така наречените динамични мутации или експанзивни мутации, свързани с нестабилност в броя на тринуклеотидните повторения във функционално значими части от гени. Заболяването се развива само когато броят на повторенията в тези места надвиши определено критично ниво. Унаследяването на такива мутации се различава от класическия менделски тип. Те се характеризират с: различна пенетрантност, съчетана с непълна доминация; геномен импринтинг (разлики във фенотипните прояви в зависимост от това дали мутацията е получена от майката или от бащата) и феномена на очакване - увеличаване на тежестта на заболяването в следващите поколения. Този тип мутация досега е открита само при хора и не е регистрирана при нито един вид бозайници или други изследвани организми.

Класически пример за експанзивни мутации е крехкият X синдром (FraXA), причинен от наличието на удължени CGG повторения в 5" нетранслираната регулаторна област на гена FMR 1 (Xq27.3). Впоследствие подобни динамични мутации са описани в 7 други наследствени заболявания, контролирани от гени, разположени на различни хромозоми.

Причината за увреждащия ефект на някои „динамични“ мутации е блокиране на генната експресия, тоест загуба на функция (мутация на coss-of-function), докато други мутации от същия тип, свързани с невродегенеративни заболявания, водят до появата на протеинови продукти с анормални функции (мутации като усилване на функцията). За всяка експанзивна болест е разработена собствена диагностична опция, базирана на полимеразна верижна реакция.

Молекулярна биология в медицината: науката дава шанс

Преди половин век възниква и започва бързо да се развива молекулярната биология. Биолози и физици (съюз, разпространен в средата на ХХ век) откриха най-важните клетъчни процеси и изобретиха основни методи, без които работата на която и да е биологична лаборатория днес е немислима. Сега имаме огромен потенциал за решаване на всякакви проблеми: изясняване на аспекти на произхода на живота, изучаване на взаимодействията на компонентите в живата клетка и сложни биохимични каскади. Ние знаем и можем да правим неща, които са изглеждали фантастични само преди 60 години. И една от задачите, които учените вече могат да се опитат да решат, е борбата с наследствените заболявания на човека. Някои от тях, като фенилкетонурия, се коригират успешно, подходи за лечение на много други все още не са намерени. Тази статия ще говори за едно от тези заболявания - синдром на крехка X - и трудностите при изучаването му.

В началото на 20 век учените забелязали, че умствената изостаналост по-често засяга мъжете. През 1934 г. ирландският лекар Джеймс Мартин и английският генетик Джулия Бел за първи път описват семейство, в което умствената изостаналост се унаследява по полов път. В това семейство имаше 11 мъже олигофрени и две жени с лека умствена изостаналост. Откритата фамилна форма на заболяването е наречена синдром на Мартин-Бел. 35 години по-късно Herbert Labs, провеждайки цитогенетично изследване, идентифицира в кариотипа на четирима слабоумни мъже и три нормални жени (от три поколения на едно семейство) странна Х хромозома, която той нарече маркерна хромозома: по-близо до края на дългата ръка имаше вторично стеснение. Лабораториите предлагат проследяване на маркерната хромозома в мъжки ембриони в семейства, неблагоприятни за синдрома на Мартин-Бел, тъй като може да сигнализира за висок риск от раждане като олигофрен (фиг. 1). Така лекарите се сдобиха с първия пренатален маркер на синдрома, а техните пациентки получиха възможност да вземат информирано решение за продължаване на бременността. Стеснението на маркера беше локализирано на мястото на Xq27.3.

Фигура 1. Herbert Labs разговаря с колеги за стеснението на Х хромозомата при синдрома на Мартин-Бел. Тук и по-долу има рисунки от автора на статията.

По-късно много изследователи наблюдават под микроскоп Х-хромозомите не просто със свиване, а сякаш счупени - с „откъснати“ върхове на дългите ръце. Мястото на свиване/счупване започва да се нарича крехко място (fragile site). Поради това болестта получи друго име - синдром на крехка Х.

Друга интересна особеност на това заболяване е влошаването на заболяването във всяко следващо поколение (генетично очакване). Това явление е обяснено едва през последното десетилетие на 20-ти век, след откриването на специален вид мутация - експанзия на тринуклеотидни повторения.

Ако класифицираме заболяванията според патогенетичните механизми, тогава една доста голяма група ще се състои от заболявания, причинени от повторна експанзия. Същността на мутацията е следната: в човешкия геном има къси участъци (например триплети от нуклеотиди), които обикновено се повтарят няколко пъти, но по някаква причина броят им започва рязко да нараства - десетки и стотици пъти - и общата дължина на "заекващия" (съдържащ повторения) фрагмент може да се увеличи до няколко хиляди базови двойки (фиг. 2).

Фигура 2. Нека си представим, че нашият геном е много дълъг текст, а продължаващото разширяване го превръща в пълна глупост.

По-късно се оказа, че експанзията е в основата на патогенезата не само на синдрома на крехката Х, но и на миотоничната дистрофия тип I и II, както и на редица човешки невродегенеративни заболявания - например амиотрофична латерална склероза и болест на Хънтингтън. Общо са известни около 30 заболявания, които се характеризират с такава мутация. Много от тези патологии са свързани с увеличаване на броя на повторенията (CHG)n, (CAG)n, (GAA)n и други.

Причини и патогенеза на крехкия X синдром

Синдромът на Fragile X е може би най-честата причина за наследствена умствена изостаналост след синдрома на Даун. Има доста клинични прояви на синдрома и не всички от тях се наблюдават и не винаги, но основните - ниско ниво на интелигентност и емоционално развитие, съчетано с редица физически аномалии - присъстват най-често. Тези характеристики се забелязват още в ранна детска възраст.

Причината за заболяването се крие в увеличаването на броя на повторенията на CGG триплета в промоторната област (началната точка за началото на синтеза на иРНК) на гена FMR1 (фиг. 3). Продуктът на този ген е протеинът FMRP (fragile X mental retardation protein), който взаимодейства с РНК и насочва сложните молекулни каскади, необходими за нормалното образуване на неврони и тяхната синаптична пластичност. При здрав човек броят на повторенията варира от 5 до 54. Когато броят на повторенията се увеличи до 55–200, се появява алел, наречен премутант. В популацията се среща доста често: при един на 200-250 души. Въпреки че нивото на генната иРНК е по-високо от нормалното, съдържанието на FMRP остава непроменено или дори леко намалява. Защо това се случва все още не е известно. Може да се предположи, че в това участва РНК интерференция - процесът на потискане на генната експресия (някакъв етап от пътя от нуклеотидната последователност до крайния продукт, в този случай FMRP) с помощта на малки РНК.

Фигура 3. Структура на гена FMR1 и неговия модел на експресия. 5'-UTR и 3'-UTR са 5' и 3' нетранслираните области на гена.

При малко по-изразена експанзия на CGG повторенията при пациенти могат да бъдат открити специални вътреклетъчни включвания, състоящи се от FMR1 mRNA и РНК-свързващи протеини. Това е доказателство, че иРНК става токсична за клетката. Интересното е, че „нормалната“ иРНК няма токсичен ефект дори при много високи концентрации. Повечето жени, които са носители на премутацията, за разлика от мъжете, нямат външни прояви на патология. Това се дължи на втората Х-хромозома, която в по-голяма или по-малка част от клетките компенсира дефекта. Освен това има доказателства за преференциално инактивиране („изключване“) на дефектната хромозома. Но често такива жени се характеризират с емоционални проблеми, депресия и фобии.

Инактивирането на една от X хромозомите е жизненоважен процес на компенсиране на дозата на гена, който предотвратява удвояването на експресията на всички гени на X хромозомата при жените в сравнение с мъжете. Тоест, във всяка клетка на индивид от всякакъв пол, въпреки диплоидния набор от хромозоми, само една Х хромозома е активна - наследена или от бащата, или от майката. Статиите „Мистериозното пътуване на некодиращата РНК Xist по Х хромозомата“ и „Истории от живота на Х хромозомата на хермафродитния кръгъл червей“ разказват за очарователните подробности за „изключването“ на половите хромозоми при хората и червеите . – изд

И, разбира се, дори при липса на външни признаци на заболяването, премутантният алел се предава на потомството. В този случай се получава „усилване“ на повторението - с всяка оогенеза все повече и повече, до няколко хиляди „копия“. И това води до факта, че премутантният алел се превръща в най-мутантния алел. В този случай вече говорим за крехък Х синдром. Честотата му в популацията е около 1:3600–6000. Това е доста! При такова значително увеличение на броя на CHG повторенията настъпват епигенетични промени: добавяне на метилови групи към цитозина на CHG триплетите в FMR1 промоторната област и модификации на ДНК-асоциирани протеини - хистони. Всичко това води до локална промяна в плътността на опаковката на ДНК - образуването на кондензиран, неактивен хроматин, наречен хетерохроматин. Експресията на гените, разположени в такава зона, се потиска. Следователно, в случай на синдром на Martin-Bell, производството на FMRP протеин е рязко намалено. Освен това модификациите на хроматина причиняват визуална "крехкост" на хромозомата в региона Xq27 - същата, която учените наблюдават в средата на 20 век. Вярно е, че трябва да се отбележи, че при няколко процента от пациентите синдромът не се причинява от разширяването на повторенията на CGG, а от други мутации на гена FMR1.

Така че, очевидно, патогенетичните механизми на синдрома на крехката Х и други "експанзивни" заболявания са общи: всички те се характеризират с определен критичен брой триплети, при които генът все още функционира нормално. Причините за самото разширение не са съвсем ясни. Към днешна дата са предложени много хипотези и модели, които се опитват да го обяснят, например чрез смущения по време на репликация, проблеми с възстановителните системи и т.н. Досега обаче нито един от тях не е намерил експериментално потвърждение.

Защо е трудно да се диагностицира разширяването и как се решава този проблем?

Както вече споменахме, синдромът на крехката Х далеч не е единственото заболяване, което се проявява като умствена изостаналост. Но натрупаните знания помогнаха да се разработи доста подробен метод за диагностициране на този конкретен синдром. Възможно е да се открие дори премутация при хора с нормален фенотип (с нормално ниво на IQ и без аномалии в развитието). Това е много важно, тъй като жените носители имат висок риск да имат деца с тежък синдром. Вярно е, че тази техника не е лишена от недостатъци и, за съжаление, не се използва широко, така че разработването на молекулярни диагностични методи все още се отделя на специално място.

Първоначално е извършено изследване на хромозомния набор на пациента - кариотипиране - и когато е открито увреждане в региона Xq27.3, е поставена диагноза. Това все още е първото нещо, което генетиците правят днес, поне в Русия. Проблемът с кариотипирането е, че този метод не е достатъчно чувствителен и следователно не е много надежден. Затова все повече се използват съвременни методи за поставяне на диагноза. Има тестови системи за ДНК диагностика, базирани на ключови методи на молекулярната биология: PCR (фиг. 4), Southern blot, имунопреципитация и др. Те ви позволяват да оцените количеството FMRP протеин и неговата иРНК, да определите броя на CGG повторенията и нивото на метилиране на цитозин в промотора на FMR1 гена. Това от своя страна спомага за по-доброто разбиране на патофизиологията на синдрома, тъй като резултатите от анализа могат да бъдат свързани с фенотипа на пациентите и носителите на премутацията.

Фигура 4. PCR - полимеразна верижна реакция, един от стандартните методи на молекулярната биология, използвани в диагностиката. Показани са основните компоненти, без които реакцията няма да протече. ДНК шаблонът е ДНК молекула, част от която трябва да бъде умножена (амплифицирана) многократно. Праймерите са олигонуклеотиди, комплементарни на краищата (на различни вериги) на интересуващата ни ДНК матрица област, сякаш я ограничават, и действат като праймер за ензима, който копира ДНК (ДНК полимераза). dNTPs - дезоксирибонуклеозид трифосфати - строителен материал за нова ДНК молекула. Буфер – солен разтвор, който осигурява необходимите условия (pH, йонна сила); задължително съдържа магнезиева сол, тъй като само в присъствието на Mg2 йони + ДНК полимеразата работи. Ако всички компоненти се смесят, поставят се в устройство, наречено усилвател (циклер) и се стартира желаната програма за циклично повишаване и понижаване на температурата, хиляди копия на интересуващата ни област се синтезират върху матрицата на оригиналните единични ДНК молекули. , което в крайна сметка ще бъде лесно за изучаване. Ако поради някакви мутации последователностите, които обикновено са комплементарни на праймерите, се променят или разстоянието между тях радикално се увеличи, просто няма да има PCR продукт.

PCR е основният диагностичен метод. Позволява ви да развиете област, съдържаща (CHG)n. Чрез провеждането на такъв анализ е възможно да се определи точният размер на този регион и следователно броят на повторенията и по този начин да се открият премутантни или мутантни алели при пациенти. Но трябва да се каже, че постигането на това не е лесно. Изследователите са изправени пред редица предизвикателства, когато усилват тези фрагменти. ДНК, която ще действа като матрица за синтеза на нови молекули, има характеристика, наречена GC състав, която отразява колко богата е матрицата на двойки гуанин-цитозин (богатата матрица съдържа приблизително 60% GC двойки). Ако процентът на GC двойки е висок, тогава молекулата ще бъде рефрактерна и на някои етапи от PCR ще е необходимо да се извърши по-продължителна денатурация. Областта (CHG)n се състои 100% от GC двойки и е ясно, че това е много трудна матрица.

Всичко се усложнява допълнително от факта, че такава последователност без усилие формира различни вторични структури, които са много термодинамично стабилни: всички видове фиби, G-квадруплекси (четири вериги, свързани с гуанини и поддържани от едновалентен катион, например K+), i- мотиви (структури, състоящи се от четири вериги на ДНК, богати на цитозин, стабилни в кисела среда). Изучаването на такива структури е много красива и интригуваща задача за биохимиците и биофизиците, но установяването на размера на (CHG) n-регионите е сериозна пречка. Е, и на всичкото отгоре праймерите (олигонуклеотидни праймери за ДНК полимераза) могат да образуват димери с такива последователности и сместа от молекули се превръща в една термостабилна, разплитаща се плетеница! Ясно е, че не можете просто да работите с такава матрица. Но! В продължение на няколко години учените активно измислят все повече и повече модификации на конвенционалната PCR, които значително подобряват резултата.

Тъй като богатата на GC матрица изисква по-продължителна и по-висока температурна денатурация, бяха направени по-ранни опити за допълнително нагряване на матрицата преди PCR. Както може би се досещате обаче, това не реши проблема. Още в края на 90-те те откриха, че синтезът на ДНК се прекъсва в разширени участъци от CGG повторения в присъствието на K+ и малко по-късно разбраха, че същите тези квадруплекси са виновни. Тъй като най-често срещаният PCR буфер съдържа KCl, най-очевидното решение беше да се изключи от буфера; даде някакви резултати, но аз исках повече. Затова те започнаха активно да измислят алтернативни буфери.

PCR сега често се извършва с добавяне на чист Tris-HCl като буфер. Tris е стандартен компонент за приготвяне на разтвори на нуклеинова киселина: той е евтин и неговите буферни свойства са високи при pH 7–9, стойности, физиологични за живите организми. Магнезиевият хлорид трябва да се добави към Tris в концентрации, които не инхибират ДНК полимеразата и следователно не намаляват добива на конкретен продукт. Много често сместа се "подобрява" с различни вещества, които променят свойствата на цялата сложна PCR система: DMSO, бетаин, формамид - те стабилизират денатурираната ДНК и спомагат за понижаване на точката на топене. Някои използват модифицирани dNTPs, особено 7-deaza-dGTP, и съобщават за неговата ефективност (Фигура 5); този модифициран нуклеотид предотвратява образуването на сложни дуплекси.

Фигура 5. Подобрена PCR смес е първото нещо, необходимо за амплифициране на (CHG)n региона. Рисунка от автора на статията.

В допълнение към компонентите на сместа има интересни вариации в температурните цикли. Най-простият вариант, често използван за амплифициране на последователности, които не са най-трудни за преминаване, е PCR с горещ старт. Разликата между тази модификация и стандартната PCR е използването на специални антитела, които предотвратяват активирането на полимеразата до достигане на желаната температура, което избягва неспецифичния синтез. За работа с изключително богати на GC матрици (>83%) е предложен PCR вариант, наречен Slowdown (модификация на Touchdown): бавни скорости на нагряване и охлаждане, стъпаловидно намаляване на температурата на отгряване след определен брой цикли, добавяне на 7-deaza-dGTP - всичко това води до увеличаване на добива на целевия PCR продукт.

Въпреки това, не може да се каже, че проблемът с получаването на количествата богати на GC фрагменти (като FMR1 промоторната област), необходими за по-нататъшен анализ, е напълно решен: статии по тази тема се появяват често, но публикуваните резултати си противоречат; търговските компании се състезават да разработят "магически" комплекти, но те могат да бъдат толкова скъпи, че дори успешни чуждестранни лаборатории не могат да си ги позволят.

Определянето на размера на (CHG)n региона е първата и много важна стъпка в изследването на крехкия X синдром, който обаче все още трябва да бъде оптимизиран. Ако се научим да броим повторенията бързо и ефективно, тогава диагностиката ще стане проста и сравнително евтина. Ще бъде възможно да се извърши в голям мащаб, което означава разграничаване на синдрома на крехката X от много други заболявания, придружени с умствена изостаналост, което е изключително важно за избора на терапевтични подходи.

Литература

1. Lubs H.A. (1969). Маркер Х хромозома. Am. J.Hum. Женет. 21(3), 231–244;
2. Budworth H. и McMurrey C.T. (2013). Кратка история на триплетните повторни заболявания. Методи Mol. Biol. 1010, 3–17;
3. Миркин С.М. (2007). Разширяеми ДНК повторения и човешка болест. Природата. 447, 932–940;
4. Verkerk A.J., Pieretti M., Sutcliffe JS, Fu Y.H., Kuhl D.P., Pizzuti A. et al. (1991). Идентифициране на ген (FMR1), съдържащ CGG повторение, съвпадащо с клъстерна област на точка на прекъсване, проявяваща вариация на дължината при синдром на крехко X. клетка. 65, 905–914;
5. Лин С.Л. (2015). микроРНК и крехък X синдром. адв. Exp. Med. Biol. 888, 107–121;
6. Hoem G., Raske C.R., Garcia-Arocena D., Tassone F., Sanchez E., Ludwig A.L. и др. (2011). Праг на дължина на CGG-повторение за FMR1 РНК патогенеза в клетъчен модел за FXTAS. тананикам Mol. Женет. 20, 2161–2170;
7. Zhao X. и Usdin K. (2015). Болестите на повторната експанзия: тъмната страна на възстановяването на ДНК. Възстановяване на ДНК (Amst.). 32, 96–105.
8. биомолекула: „Мистериозното пътуване на некодиращата РНК Xist по Х хромозомата“;
9. биомолекула: „Истории от живота на Х-хромозомата на хермафродитния кръгъл червей”;
10. Saldarriaga W., Tassone F., González-Teshima L.Y., Forero-Forero J.V., Ayala-Sapata S., Hagerman R. (2014). Синдром на чуплива Х. Коломб. Med. (Кали.). 45, 190–198;
11. биомолекула: „Реалностите на ДНК са „аномалии““;
12. Usdin K. и Woodford K. (1995). CGG повторенията, свързани с нестабилността на ДНК и крехкостта на хромозомите, образуват структури, които блокират синтеза на ДНК in vitro. Nucleic Acids Res. 23, 4202–4209.

Синдромът на Fragile X е наследствена генетична патология, втората най-честа причина за умствена изостаналост след синдрома на Даун. Това е резултат от увреждане на половата Х хромозома.

Синдромът на Fragile X се среща средно при едно на 1250 момчета и едно на 2500 момичета, въпреки че последните изследвания показват, че тези цифри вероятно са високи. Синдромът получи името си поради локализирането на генетична патология върху X хромозомата (една от двете полови хромозоми). Заболяването се проявява с различна степен на умствена изостаналост. Засегнатите момчета обикновено имат коефициент на интелигентност (IQ) от около 35-50, който пада до 20-40 с напредване на възрастта, докато коефициентът на интелигентност на нормален възрастен е средно 100.

Клинични проявления

При мъжете се наблюдава уголемяване на тестисите (макроорхизъм), а при жените - уголемяване на яйчниците с кистозната им дегенерация. Пациентите и от двата пола имат високо, извито небце, както и различни ставни аномалии.

Специфичната диагноза на синдрома на крехката X е трудна, тъй като много от клиничните характеристики се срещат и при други заболявания. Въпреки това, ако възникнат проблеми в поведението на детето, например хиперактивност или дефицит на вниманието, заедно със симптоми на умствена изостаналост, първо трябва да се подозира този синдром.

Ако се подозира синдром на крехка Х, цялото семейство се насочва за генетично изследване и консултиране.

Унаследяване на синдрома на крехката X

Наследяването на синдрома на крехката Х се различава от типичния модел на наследяване на състояния, свързани с Х-свързана патология. Тези заболявания обикновено се наследяват по определен модел. Жените с една нормална и една мутантна X хромозома не се разболяват, т.к „Здравата“ хромозома може да компенсира „болната“ функция. Те обаче са носители на болестта с 50% шанс да предадат мутантния ген на потомството си. Синове, които са получили мутантна хромозома от майка носителка, ще бъдат болни, а дъщерите ще бъдат носители.

Механизмът на наследяване на синдрома на крехката X е различен. Появата на синове с умствена изостаналост при здрава майка носител рядко съответства на 50% вероятност, очаквана за заболявания, свързани с патология на Х-хромозомата. В допълнение, различна степен на умствена изостаналост може да се наблюдава и при жени, които са носители на мутантния ген.

Има и мъже носители. Въпреки че самите те не развиват болестта, те предават дефектния ген на дъщерите си, което в крайна сметка може да доведе до заболяването при неговите внуци. Този необичаен механизъм на унаследяване и проявление на болестта е описан за първи път от американския лекар Шърман и затова е наречен „парадоксът на Шърман“.

Чуплив Х ген

Крехката област на X хромозомата може да се открие само при засегнати мъже и жени носители с клинични прояви на заболяването. Очевидното отсъствие на такива хромозомни региони при мъже носители и здрави жени, както и парадоксалният механизъм на унаследяване на синдрома, бяха обяснени след идентифицирането на гена FMR1 през 1991 г.

Генът FMR1 е ДНК последователност, която кодира клетъчното производство на протеина FMR1 (количеството му е рязко намалено при пациенти), но функцията му все още е неизвестна. Генът също така съдържа важна област, която определя кога и в кои тъкани започва синтезът на FMR1 протеин. Този регулаторен регион включва къси ДНК последователности, които могат да променят размера си, докато се предават от поколение на поколение.

Последователността се състои от три идентични повтарящи се нуклеотида (участъци от ДНК молекулата). Генът FMR1, заедно с неговата регулаторна зона, претърпява репликация (мултипликация), когато една клетка прави копие на своята ДНК по време на делене. Колкото по-дълга е повтарящата се нуклеотидна последователност, толкова по-голяма е вероятността от грешки по време на репликацията.

Форми на гена FMR1

• Нормалният ген съдържа 2-55 повторения.
• Премутантният ген се състои от 55-200 повторения.
• Мутантният ген има повече от 200 повторения.

Наличието на три форми на гена определя специфичния механизъм на наследяване на този синдром. Нормалният ген преминава от родителите към потомството в стабилна форма и рядко надвишава 55 повторения. Премутантната форма на гена е относително стабилна в клетките на организма гостоприемник, но когато се предава на потомството, грешките при репликация могат да причинят удължаване на последователността. Ако броят на повторенията на последователността надвиши 200, тогава наследеният ген ще доведе до развитие на синдром на крехко X в потомството.

Парадоксът на Шърман

При жени, които са носители на премутантен ген, има тенденция да предават удължения мутирал ген на своето потомство. Тогава синовете ще бъдат болни, а дъщерите ще проявяват различна степен на клинични симптоми в зависимост от броя на мозъчните клетки с нормална активна X хромозома.

Мъжките носители на премутантния ген ще предадат мутиралия ген на дъщери, които ще бъдат здрави, но предаването му на следващото поколение ще доведе до болни внуци, както е показано на снимката по-горе.

Човешкото тяло. Отвън и отвътре. №27 2009г

Среща се при 1 на приблизително 4000 мъже (момчета) и 1 на 6000 до 8000 момичета, независимо от расов или етнически произход. От поколение на поколение се натрупват генетични мутации и това очевидно се превръща в проблем за човечеството.

Признаци и симптоми на крехкия X синдром.

Децата и възрастните със синдром на крехко X имат набор от психически и физически признаци и симптоми, вариращи от леки до тежки. При мъжете промените са по-изразени. Общите психиатрични симптоми включват:

Известна степен на интелектуално увреждане или проблеми в образователното обучение (училище), особено с математика; нарушение на вниманието; забавяне на речта; безпокойство, депресия, срамежливост; ограничени социални умения. Поведенчески проблеми като затруднена концентрация и чести избухвания; Аутистично поведение, като повтарящи се движения, действия или думи; Забавяне на поведенческото обучение – отнема много време, за да се научите да седите, ходите и говорите; Проблеми с говора; Безпокойство и нестабилност на настроението; Чувствителност към светлина, звук, допир и околната среда; В тежки случаи, клиника на шизофрения.

Пациентите с крехък X може да имат физически признаци на разстройство в развитието, които стават по-очевидни с възрастта: Голяма глава; Дълго, тясно лице; Големи уши; Изпъкнали чело и брадичка; Прекалено гъвкави стави (особено пръсти); Момчетата имат уголемени тестиси, които стават още по-големи след пубертета. При момичетата физическите признаци на синдрома на крехката X са по-слабо изразени. Техните интелектуални способности страдат в 1/3-1/2 от случаите на тази патология.

Други здравословни проблеми, причинени от синдрома на Мартин-Бел.

Повечето деца със синдром на крехката X нямат сериозни медицински проблеми и обикновено живеят нормална продължителност на живота. Около 15 процента от момчетата и около 5 процента от момичетата със синдром на крехката X имат гърчове, които лесно се контролират от противогърчови лекарства. Децата със синдром на крехко X често имат хронични инфекции на вътрешното ухо. Също така е възможно да се открият сърдечни шумове, които често са причинени от пролапс на митралната клапа. Този сърдечен дефект не е животозастрашаващ и в повечето случаи не изисква лечение.

Причини за генетична патология - крехък X синдром.

Синдромът на Fragile X е свързан с аномалия в един ген - място Xq27.3. През 1991 г. беше открито, че ген, наречен FMR-1, се намира на X хромозомата. Всеки човек има 23 чифта хромозоми или 46 отделни хромозоми. Двойка полови хромозоми (X и Y) определя пола на човек, жените имат две X хромозоми, а мъжете имат една X хромозома и една Y хромозома. Именно защото жените имат 2 подобни хромозоми, тежестта на заболяването е по-малка, липсващата функция на едната се замества от втората. Изключение може да бъде възможността да имате 2 дефектни Х хромозоми, но тази вероятност клони към нула. При мъжете една Х-хромозома с мутирал ген причинява синдром на крехката Х. Такива мутации се наричат ​​генетично „заекване“. Това означава, че малка част от генетичен материал (а именно последователността от 3 нуклеинови киселини на CHG) се повтаря твърде много пъти. При здрави хора този раздел се повтаря от 5 до 40 пъти, при пациенти със синдром на Мартин-Бел до 200 или повече повторения. Повече от 200 повторения се наричат ​​пълна мутация. Пълните мутации напълно деактивират гена и протеинът, за синтеза на който е отговорен този локус, престава да се синтезира. Протеинът, контролиран от този ген, се намира в много видове клетки, но главно в нервните клетки. Учените смятат, че протеинът помага за развитието на мозъка и е отговорен за свързването на нервните клетки една с друга. Синдромът получава името си от външния вид на хромозомата. Локусът, съдържащ мутиралия ген, изглежда изтънен и крайният фрагмент сякаш виси на косъм.

Диагностика на синдрома на фрагментирана Х хромозома и вероятността от наследяване.

Синдромът на Fragile X се диагностицира чрез вземане на кръв за изследване. Кръвната проба се изпраща в генетична лаборатория и тестът е доста достъпен. Анализът може да се извърши веднага след раждането на детето. Най-често, при наличие на подходяща клиника, генетично потвърждение на диагнозата се наблюдава при момчета до 3-годишна възраст, а при момичета до 4-5 години. Детето трябва да бъде диагностицирано, ако има умствена изостаналост, изоставане в развитието или аутизъм, физически или поведенчески признаци и симптоми на синдром на крехко X, фамилна анамнеза за синдром на крехко X или други интелектуални увреждания с неизвестна причина. Жените, планиращи бременност, трябва да се подложат на тест за носителство, ако имат следните фактори: фамилна анамнеза за синдром на крехката X или нарушения, свързани със синдрома на крехка X; фамилна анамнеза за интелектуално увреждане с неизвестна причина; лична или фамилна анамнеза за забавяне на развитието или аутизъм; лична анамнеза за репродуктивни нарушения и ранна менопауза. Идентифицираните генетични нарушения трябва да бъдат обсъдени с генетик.

Диагностицирането на генетични нарушения при дете е възможно по време на бременност, преди раждането. Пренаталните (амниотични и човешки хорионни) генетични тестове ще помогнат да се определи вероятността от наследяване на мутация или премутация.

Унаследяването е сложно; има натрупване на броя на повторенията на мутиралия ген. При нормален брой локусни повторения при родителите (5-40), броят на повторенията при детето не се променя и вероятността от възникване на патология при новороденото практически липсва. При междинен брой повторения (41-58), родителите предават подобен или малко по-голям брой на децата си, вероятността заболяването да се появи при детето също не е висока, но натрупването може да прогресира от поколение на поколение (парадоксът на Шърман ), броят на повторенията може да достигне 4000.

Премутацията се счита за брой генни повторения от 59 до 200; приблизително 1 на 250 жени и 1 на 800 мъже имат премутация в своя геном. От тях само жени могат да родят дете със синдром на крехката X. Вероятността за предаване на анормалния ген на детето по време на всяка бременност е 50%. При някои деца, които са наследили анормалния ген, ако броят на повторенията не се увеличи над 200, тогава не се появяват симптоми на синдром на крехко X. Ако броят на повторенията се увеличи и премутацията се превърне в пълна мутация (повече от 200 повторения), тогава децата страдат от синдром на фрагментирана Х хромозома. Баща с премутация го предава само на всичките си дъщери. Момчетата получават от баща си Y. Дъщерите на такива бащи обикновено нямат симптоми на синдром на крехката Х, но са носители на премутацията.

Пълна мутация: Жена с пълна мутация има приблизително 50 процента шанс да я предаде на детето си при всяка бременност. Мъжете с пълна мутация обикновено са безплодни.

Рискове и здравословни проблеми при лица с премутация

При такива деца обикновено не се наблюдават ясни прояви на синдром на крехко X, но някои проблеми все още са налице.

Образователни и поведенчески проблеми: интелигентността е нормална, но има леки поведенчески и образователни разстройства;

Неврологични разстройства: тремор на ръцете и атаксия (некоординация на движенията) се срещат при приблизително 30% от мъжете на възраст над 50 години. При жените също са възможни нарушения в 4-8%, но в по-напреднала възраст и по-слабо изразени;

Нарушен фертилитет - при 20% от жените с премутация се наблюдава постепенно намаляване на функцията на яйчниците и в резултат на това намаляване на способността за забременяване. Те изпитват ранна менопауза до 40-годишна възраст.

Лечение на синдром на крехка (фрагментирана, крехка) Х хромозома

Няма специфично лечение. Лечението се провежда по индивидуален план, като се започне от предучилищна възраст. Лечението се провежда от здравни специалисти и учители. Последователната и навременна корекция на нарушенията и стимулирането на изоставащите функции позволява на децата да реализират своя потенциал. Фокусът трябва да бъде върху развитието на речта, социалната адаптация и професионалното ориентиране и развитието на физическото здраве. Лекарствата се използват симптоматично и подобряват прогнозата. Предписват се антидепресанти, антиконвулсанти, стимуланти и антипсихотици. Изследователите разработват лекарства, които заместват липсващия протеин и лекарства, които подобряват междуклетъчните връзки.

Синдром на чуплива Х

Малко известен до 80-те години на миналия век, крехкият X е хромозомна аномалия, която сега се счита за най-честата наследствена причина за умствена изостаналост. Синдром на Даун - основен генетично обусловена причина за умствена изостаналост - възниква в резултат на неуспешно отделяне на 21-вата хромозомна двойка по време на мейозата; тя е генетична по природа, но не се предава по наследство. Разположен на слабо или крехко място на X хромозомата, fra(X) е свързан с iol и следователно е по-често срещан при мъжете. Това е само едно от повече от 50 Х-свързани разстройства, които причиняват умствена изостаналост. развитие, което е много често. Въпреки че различните проучвания дават различни оценки, заболеваемостта е около 1:1500 при мъжете и 1:2000 при жените. Fra(X) е причина за 2-7% от случаите на умствена изостаналост при мъжете. Той има две необичайни генетични характеристики: а) хетерозиготни жени (носители) с една нормална Х хромозома и една с крехка Х хромозома може да демонстрират намалена интелигентност и липса на специфични способности за учене; б) около 20% от мъжете, които са наследили крехка област, не проникват, без да откриват забележими физически промени. или психол. ефекти и признаци на нестабилност в цитогенетичния анализ. Те обаче предават X хромозомата на дъщерите си, които могат да я предадат на синовете си. Друга трудност е, че при повторни цитогенетични изследвания крехката зона не се открива при повече от 50% от жените носителки.

Историческа екскурзия

От началото на 20 век. Изследователите са забелязали в някои семейства повишен процент (често около 25%) на хора с умствена изостаналост. Мартин и Бел през 1943 г. и други по-късно описват семейства, в които има умствена изостаналост. развитието се предава във форма, свързана с Х хромозомата. Въпреки че лабораториите за първи път описват крехкия X през 1969 г., неговото описание не привлича голям интерес, докато Съдърланд не съобщава, че крехкостта се появява само когато лимфоцитите се отглеждат в културална среда с дефицит на фолат. Откриването на чувствителността на fra(X) и някои други крехки локализации към фолиевата киселина направи възможно повишаването на точността на диагнозата, което от своя страна доведе до откриването на високо разпространение на fra(X) и нарастващия интерес към умственото забавяне, свързано с Х хромозомата. развитие. Последващи проучвания потвърдиха заключенията на Мартин и Бел за ролята на fra(X) в генезиса на умствената изостаналост.

Характеристики

Около 66% от възрастните мъже пациенти проявяват „клиничната триада“: а) умерена до тежка умствена изостаналост, б) характерни черти на черепа и лицето, включително високо чело, изпъкнала брадичка и удължени уши; в) увеличени тестиси (макроорхизъм). Въпреки това, индивидуалната вариабилност на симптомите е толкова висока, че уверената диагноза е възможна само с цитогенетичен анализ. Обхватът на симптомите е още по-голям при жените и мъжете в предпубертетния период. Въпреки че повечето пациенти от мъжки пол проявяват синдром на предпубертетен растеж (размери на главата, фонтанела и тялото са по-големи от 97-ия персентил), макроорхидизмът и краниофациалните характеристики са много по-слабо изразени при момчетата в предпубертетна възраст. Следните са признаците на патология. на следните публикации: Брегман, Дайкенс, Уотсън, Орт и Лекман; Браун и др.; Curfs и др.; Dykens & Leckman; Fryns; Хагерман.

Физически признаци. В допълнение към характерните черти на черепа и лицето, макроорхидизъм, забавяне на растежа, мъже с fra(X) могат да получат и такива признаци като повишена подвижност в ставите, висок свод на небцето, пролапс на митралната клапа (с шум при аускултация) , плоски стъпала и нисък мускулен тонус. Жените носители, особено тези в долната граница на нормата за развитие на интелигентност, също демонстрират такива характеристики като високо и широко чело, дълго лице и повишена подвижност в ставите.

Когнитивни знаци. Приблизително 70% от пациентите мъже имат умерена до тежка умствена изостаналост, но като цяло диапазонът е лек до тежък; малък процент от случаите имат интелигентност на долната граница на нормата. Намаляването на нивото на интелигентност при мъжете с възрастта не е тотално. Нарушенията тук се отнасят преди всичко до последователната обработка на информацията, намаляването на краткосрочната памет за серийно представена информация и имитацията на последователни поведенчески действия. Този дефицит в последователната обработка на информацията. разграничава индивидите с fra(X) от пациентите с други форми на умствена изостаналост. Пациентите от мъжки пол се справят относително добре със задачи, изискващи едновременна (едновременна) обработка на информация. и интеграция (напр. подреждане на блокове).

Въпреки че по-голямата част от носителите на fra(X) имат нормален интелект, около 30% от пациентките проявяват умствена изостаналост. Дори тези, които имат средно ниво на интелигентност, много често демонстрират недостатъчна специфична способност за учене. Пациентите също проявяват смущения в последователната обработка на информацията. и дефицити във визуално-пространствените умения, те се представят лошо на числени и аритметични тестове и задачи с блокове. Има някои доказателства, че нивото на IQ при пациентите жени, за разлика от мъжете, се повишава с възрастта.

реч. При пациенти от мъжки пол речевите умения се развиват със закъснение. Освен това често се наблюдават специфични проблеми - персеверация, ехолалия, нарушена плавност на говора - някои от които могат да бъдат следствие от общ дефицит в последователната обработка на информацията.

Поведенчески признаци. Хиперактивността и дефицитът на вниманието са особено чести последствия от fra(X), особено при мъжете. В много Често има тенденция към социални изолация, избягване на зрителен контакт и самонараняващо поведение, особено самоухапване.

Връзка с други разстройства. Пациентите от мъжки пол също могат да получат гърчове. Fra(X) също има коморбидност с аутизъм. В много пациентите от мъжки пол с fra(X) показват признаци на аутизъм, докато при мн При пациенти от мъжки пол, диагностицирани с аутизъм, fra(X) се открива при цитогенетичен тест. Съществува значителна променливост в съгласието между проучванията, вероятно поради разликите в използването на диагностични критерии за аутизъм. Въпреки това препоръката всички мъже, диагностицирани с аутизъм, да бъдат изследвани за fra(X) изглежда оправдана.

Терапия с фолиева киселина

Фолиевата киселина често се използва в опити за намаляване на симптомите, свързани с fra(X). Проучване двойно-слепи проучвания показват, че това лечение няма ефект върху резултатите от тестовете за интелигентност, но може да намали хиперактивността и да подобри концентрацията. Дали лечението с фолиева киселина е толкова ефективно, колкото стимулиращата терапия, традиционно използвана за хиперактивно разстройство с дефицит на вниманието (ADHD), остава открит въпрос.

психол. подходът е важен в изследването. fra(X), най-малко по две причини: а) дифузност и променливост на физ. изменения във fra(X) придава допълнително значение на ролята на психол. изследвания за идентифициране на деца, които имат показания за цитогенетичен анализ; б) когнитивните характеристики на пациентите с fra(X) са важни за изграждането на терапевтични и пед. програми. Разнообразието от проблеми, свързани с fra(X), обосновава препоръката за екипен подход при лечението на такива пациенти. Освен това, ясната разлика между признаците на синдрома fra(X) и синдрома на Даун означава хетерогенността на тези групи с органичен спад в интелигентността, което е теоретизирано. значимост. Синдромът fra(X) може да бъде идентифициран преди раждането чрез специфичен тест, но непълната пенетрантност при мъжете, фенотипните ефекти при значителен брой женски носители и трудността при диагностицирането при асимптоматични жени усложняват генетичното консултиране. И накрая, въпреки че се знае много за fra(X), забележката на Уелс и Браун, че „последващи изследвания може да промени модерното представяния на сравнително крехката X хромозома“, изглежда разумна предпазливост.