Генетические исследования 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.

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.

До недавних пор биохимические механизмы, лежащие в основе почти всех нейродегенеративных болезней с началом во взрослом возрасте, были полностью неясными. Одно из наиболее частых таких заболеваний — болезнь Альцгеймера. Болезнь Альцгеймера обычно проявляется на шестом-девятом десятке лет, но есть моногенные формы, часто дебютирующие раньше, иногда даже на третьем десятилетии жизни.

Клинические проявления болезни Альцгеймера характеризуются прогрессирующим ухудшением памяти и высших корковых функций, например аргументации, а также поведенческими изменениями. Эти аномалии отражают вырождение нейронов в специфических областях коры мозга и гиппокампе.

Болезнь Альцгеймера поражает около 1,4% лиц в развитых странах и вызывает за год только в Соединенных Штатах 100 000 смертей.

Родственники пациентов с болезнью Альцгеймера первой степени родства имеют 38% риска развития болезни к 85-летнему возрасту. Следовательно, оказывается, что большинство случаев с семейным накоплением имеет сложный генетический вклад. Этот вклад может создаваться одним или более независимо действующих неполно пенетрантных генов, несколькими взаимодействующими генами или некоторой комбинацией генетических и средовых факторов.

От 7 до 10% пациентов имеют моногенную высокопенетрантную форму болезни Альцгеймера, наследуемую по аутосомно-доминантному типу. В 1990-е годы обнаружено четыре гена, связанных с болезнью Альцгеймера. Мутации в трех из них, кодирующих бета-АРР, пресенилин 1 и пресенилин 2, ведут к аутосомно-доминантной болезни Альцгеймера. Четвертый ген, АРОЕ, кодирует АроЕ, белковый компонент нескольких плазменных липопротеинов.

Мутации в АРОЕ не связаны с моногенными формами болезни Альцгеймера. Аллель е4 АРОЕ несколько увеличивает восприимчивость к несемейной болезни Альцгеймера и влияет на возраст начала, по крайней мере, при некоторых моногенных формах.

Наиболее важные патологические аномалии при болезни Альцгеймера — накопление в мозге двух фибриллярных белков, А-бета и белка тау. Пептид А-бета образуется из большего белка бета-АРР и обнаруживается во внеклеточном амилоиде или сенильных бляшках во внеклеточном пространстве мозга при болезни Альцгеймера.

Амилоидные бляшки, кроме пептида А-бета, содержат и другие белки, особенно АроЕ. Тау-белок — микротубулярный, обильно экспрессирующий в нейронах мозга. Гиперфосфорилированные формы тау-белка формируют нейрофибриллярные клубки, обнаруживаемые при болезни Альцгеймера, в отличие от внеклеточных амилоидных бляшек, внутри нейронов.

Тау-белок в норме обеспечивает сборку и устойчивость микротрубочек, эта функция уменьшается при фосфорилировании. Хотя образование клубков нейрофибрилл оказалось одной из причин гибели нейронов при болезни Альцгеймера, мутации в гене тау-белка связаны не с болезнью Альцгеймера, а с другим аутосомно-доминантным заболеванием, лобновисочной деменцией.

Бета-АРР — трансмембранный белок, подвергающийся трем различным видам протеолиза, в зависимости от относительной активности трех разных протеаз: а- и бета-секретаз — поверхностных клеточных протеаз; и у-секретазы — атипичной протеазы, расщепляющей мембранные белки в трансмембранных областях. Преобладающая судьба приблизительно 90% бета-АРР — расщепление а-секретазой, что предотвращает образование А-бета-пептида, так как а-секретаза расщепляет белок внутри него.

Оставшиеся приблизительно 10% бета-АРР расщепляются бета- и у-секретазами, формируя или нетоксичный пептид А-бета-40, или пептид А-бета-42, обладающий нейротоксичностью. Пептид А-бета-42 считают нейротоксичным, поскольку он более склонен к формированию нейрофибрилл, чем его аналог А-бета-40, признак, делающий болезнь Альцгеймера конформационной болезнью, подобно недостаточности а1-антитрипсина.

В норме образуется небольшое количество пептида А-бета-42; факторы, определяющие, будет ли белок расщепляться у-секретазой с образованием А-бета-40 или А-бета-42, не определены. При моногенной болезни Альцгеймера вследствие миссенс-замен в гене, кодирующем бета-АРР, тем не менее, несколько мутаций в гене бета-АРР избирательно увеличивают образование пептида А-бета-42. Это увеличение приводит к накоплению нейротоксичного А-бета-42 — основе патогенеза всех форм болезни Алыдгеймера, как моногенных так и спорадических.

Эта модель подтверждается тем, что пациенты с синдрома Дауна, имеющие три копии гена бета-АРР (расположенного в хромосоме 21), обычно имеют нейропатологические изменения болезни Альцгеймера уже в 40-летнем возрасте. Кроме того, мутации в генах пресенилина 1 и 2 также ведут к повышенному образованию А-бета-42. Примечательно, что в сыворотке больных с мутациями в генах бета-АРР, пресенилина 1 и 2 количество нейротоксичного пептида А-бета-42 повышается, и в культивируемых клетках экспрессия мутантных генов бета-АРР, пресенилина 1 и 2 увеличивает относительное образование пептида А-бета-42 в 2-10 раз.

Гены, кодирующие пресенилин 1 и пресенилин 2, обнаружены стратегией позиционного клонирования в семьях с аутосомно-доминантной формой болезни Альцгеймера. Пресенилин 1 необходим для расщепления у-секретазой производных бета-АРР. На самом деле, существуют подтверждения того, что пресенилин 1 — важный белковый кофактор у-секретазы.

Мутации в пресенилине 1 связаны с болезнью Альцгеймера через до сих пор неясный механизм, увеличивающий образование пептида А-бета-42. Белок пресенилин 2 имеет на 60% идентичную последовательность аминокислот с пресенилином 1, что указывает на их общие функции. Основное различие между мутациями в гене пресенилина 1 и 2 в том, что возраст начала во втором случае более вариабелен (пресенилин 1 — от 35 до 60 лет; пресенилин 2 — от 40 до 85 лет), в одной семье бессимптомный восьмидесятилетний носитель мутации в гене пресенилина 2 передал болезнь своему потомству. Эта разница частично зависит от числа е4 аллелей АРОЕ у носителей мутации в гене пресенилина 2; два е4 аллеля приводят к более раннему возрасту начала, чем один аллель, также обусловливающий более раннее начало по сравнению с другими аллелями АРОЕ.

Один аллель гена АРОЕ, е4 аллель, — основной фактор риска развития болезни Альцгеймера. Роль АРОЕ как основного локуса восприимчивости к болезни Альцгеймера была доказана четырьмя независимыми способами: анализом сцепления в семьях с накоплением болезни Альцгеймера с поздним началом, сильной ассоциацией аллеля е4 с болезнью Альцгеймера по сравнению с группой контроля, открытием того, что белок АроЕ — компонент амилоидных бляшек при болезни Альцгеймера, и обнаружением факта, что АроЕ связан с пептидом А-бета.

Белок АроЕ имеет три частых формы, кодируемые соответствующими аллелями АРОЕ. Аллель е4 значительно преобладает среди пациентов с болезнью Альцгеймера (40% по сравнению с 15% в общей популяции) и связан с ранним началом болезни (для гомозигот по аллелю е4 возраст начала болезни Альцгеймера на 10-15 лет меньше, чем в общей популяции). Кроме того, отношение между аллелем е4 и болезнью дозозависимое; две копии е4 связаны с более ранним началом (средний возраст начала до 70 лет), чем одна копия (средний возраст начала после 70 лет). В отличие от этого, е2 аллель имеет защитный эффект и соответственно чаще встречается у пожилых, незатронутых болезнью Альцгеймера.

Механизмы, лежащие в основе данных эффектов, неизвестны, но полиморфные варианты АроЕ могут влиять на процессинг бета-АРР и плотность амилоидных отложений в мозге пациентов с болезнью Альцгеймера. Например, мыши без АроЕ имеют выраженное снижение депонирования пептида А-бета, получаемого из мутантного гена бета-АРР, связанного с семейной формой болезни Альцгеймера. Предполагают и другие механизмы, например измененный ответ на повреждение, так как ген АРОЕ управляется в мозге в процессе повреждения и восстановления. Важно иметь в виду, что е4 аллель АроЕ неоднозначно связан с повышенным риском болезни Альцгеймера. Таким образом, носители аллелей е4 имеют плохие неврологические результаты после черепно-мозговых травм, инсультов и других неврологических нарушений.

Хотя носители е4 аллеля АРОЕ имеют четко повышенный риск развития болезни Альцгеймера, к настоящему времени скрининг на присутствие этого аллеля у здоровых индивидуумов нецелесообразен; такое тестирование имеет высокие цифры ложноположительных и ложноотрицательных ответов и приводит к неопределенным оценкам риска болезни Альцгеймера.

Другие гены болезни Альцгеймера. Статистический анализ показывает, что риск болезни Альцгеймера могут значительно изменять еще 4-8 генов. Сущность их неясна. Кроме того, исследования типа случай-контроль при болезни Альцгеймера указывают на длинный список возможных генов (>100), но лишь несколько из них получили подтверждение при повторном анализе, и их роль в генетическом определении риска при болезни Альцгеймера остается неизвестной.

Не менее 3 часов после последнего приема пищи, можно пить воду без газа.

Болезнь Альцгеймера (БА) представляет собой неуклонно прогрессирующий дегенеративный процесс, приводящий к тотальной деменции. Атрофия коры и лимбической системы головного мозга сопровождается необратимыми нарушениями неврологических и психических функций преимущественно дефицитарного характера. При БА происходит нарастающий распад памяти, интеллекта и высших корковых функций, приводящий к тотальному слабоумию с развитием беспомощности и необходимостью ухода и постоянного наблюдения за пациентом.

Несмотря на существование многочисленных гипотез этиологии БА, истинные причины возникновения БА и деменции альцгеймеровского типа в настоящее время неизвестны. Накопленные в последние десятилетия данные разных исследований в определенной степени проясняют механизм образования специфических структурных элементов – нейритических (сенильных) бляшек и нейрофибриллярных клубков, описанных А. Альцгемером еще в 1906 г.

У лиц, имеющих родственников первой степени родства, страдающих БА, риск заболевания возрастает в 3,5 раза. Конкордантность по БА у дизиготных близнецов составляет 35%, а у монозиготных – более 80% . Следовательно, большинство случаев имеет сложный генетический вклад.

От 7 до 10% пациентов имеют моногенную высокопенетрантную форму болезни Альцгеймера, наследуемую по аутосомно-доминантному типу.

Общепризнанные генетически обусловленные моногенные аутосомно-доминантные формы обусловлены вариациями одного из трёх генов:

APP (amyloidprecursorprotein). Мутации гена APP вызывают изменение молекулы β-амилоида, усиленную продукцию и агрегацию аномальных пептидов в амилоидные (нейритические) бляшки.
PS1 (presenilin 1). Мутация этого гена вызывает болезнь Альцгеймера типа 3, которая наследуется аутосомно-доминантно с высокой пенетрантностью. В семьях с самой различной этнической принадлежностью выявлено более 20 мутаций гена PSEN1.
PS2 (presenilin 2), мутации в которых способствуют запуску нейродегенеративных процессов при БА с ранним началом.

Роль генов-мутантов PS1 и PS2 в гиперпродукции измененного β-амилоида также подтверждена во многих исследованиях. Мутации генов PSEN1 и PSEN2 сопровождаются повышением концентрации в плазме бета-амилоидного белка. Доказано, что мутации гена PSEN1 - самая частая причина семейной болезни Альцгеймера с ранним началом, обусловливающая 70% случаев этой относительно редкой формы. Болезнь Альцгеймера типа 3, вызванная мутацией гена PSEN1 , характеризуется более ранним началом (в среднем в 45 лет) и более быстрым прогрессированием (средняя продолжительность жизни больного 6-7 лет), чем болезнь Альцгеймера типа 4, вызванная мутацией гена PSEN2 (начало в среднем в 53 года; средняя продолжительность жизни 11 лет). При некоторых редких мутациях гена PSEN2 заболевание начинается после 70 лет.

Вариации гена APOE (apolipoproteinE) ассоциируются с деменцией альцгеймеровского типа с поздним началом. Ген АРОЕ кодирует АроЕ, белковый компонент нескольких плазменных липопротеинов. Мутации в АРОЕ не связаны с моногенными формами болезни Альцгеймера. Аллель е4 АРОЕ увеличивает восприимчивость к несемейной болезни Альцгеймера и влияет на возраст начала, по крайней мере, при некоторых моногенных формах.

E4 аллель гена АРОЕ — основной фактор риска развития болезни Альцгеймера.

Белок АроЕ имеет три частых формы, кодируемые соответствующими аллелями АРОЕ. Аллель е4 значительно преобладает среди пациентов с болезнью Альцгеймера (40% по сравнению с 15% в общей популяции) и связан с ранним началом болезни. В отличие от этого, е2 аллель имеет защитный эффект и, соответственно чаще встречается у пожилых, незатронутых болезнью Альцгеймера.

Механизмы, лежащие в основе данных эффектов, неизвестны, но полиморфные варианты АроЕ могут влиять на процессинг бета-АРР и плотность амилоидных отложений в мозге пациентов с болезнью Важно иметь в виду, что е4 аллель АроЕ неоднозначно связан с повышенным риском болезни Альцгеймера. Таким образом, носители аллелей е4 имеют неблагоприятный неврологический прогноз после черепно-мозговых травм, инсультов и других неврологических нарушений.

Клиническая значимость: Генетическая предрасположенность является четко установленным фактором риска болезни Альцгеймера. Более того, показано, что БА включает в себя несколько генетически гетерогенных форм, объединенных сходными клиническими и гистопатологическими признаками. Причиной или фактором риска развития некоторых (если не всех) форм БА являются мутации или полиморфизмы в ряде генов.

Прорывом в понимании этиологии БА явилось использование генетических подходов. При более распространенных поздних формах БА (у людей старше 65 лет) также роль генетических факторов, проявление которых, однако, зависит и от воздействий среды,также позволяет выявить группу риска пациентов с болезнью Альцгеймера для принятия возможных корректирующих мероприятий.

ПОКАЗАНИЯ К ИССЛЕДОВАНИЮ:

определение риска возникновения БА и прогноза тяжести при проявлениях деменции у пациента;
обследование родственников пациентов с диагнозом БА для выявления повышенного риска развития заболевания.

ИНТЕРПРЕТАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ:

Пример результата исследования.

При необходимости по результатам исследований оформляется заключение врачом-генетиком (код услуги 181041).
Заключение врача-генетика проводится только для услуг, выполняемых в лаборатории CMD.
Врач-генетик описывает результат в течение 10 календарных дней после готовности генетического исследования.

" ["serv_cost"]=> string(4) "2470" ["cito_price"]=> NULL ["parent"]=> string(3) "392" [10]=> string(1) "1" ["limit"]=> NULL ["bmats"]=> array(1) < [0]=>array(3) < ["cito"]=>string(1) "N" ["own_bmat"]=> string(2) "12" ["name"]=> string(22) "Кровь с ЭДТА" > > >