Mutazioni de novo nei geni che modificano gli istoni come una delle cause più comuni di malattie genetiche. Hosting da. Questioni generali di teoria della mutazione

Rilevazione della mutazione denovo nel gene della distrofina e suo significato per la medicina consulenza genetica con distrofia muscolare di Duchenne

(osservazione clinica)

Muravleva E.A., Starodubova A.V., Pyshkina N.P., Duisenova O.S.

Consulente scientifico: d.m.s. Assoc. Kolokolov O.V.

Istituto di istruzione di bilancio statale per l'istruzione professionale superiore Saratov State Medical University im. IN E. Razumovsky Ministero della Salute della Federazione Russa

Dipartimento di Neurologia FPC e PPS loro. K.N. Tretyakova

Introduzione. La distrofia muscolare di Duchenne (DMD) è una delle malattie ereditarie più comuni malattie neuromuscolari. La sua prevalenza è 2-5: 100.000 della popolazione, la frequenza della popolazione è 1: 3.500 neonati. Questa forma di distrofia muscolare fu descritta per la prima volta da Edward Meryon (1852) e Guillaume Duchenne (1861).

La malattia è caratterizzata da un pattern ereditario recessivo legato all'X e da un decorso grave e progressivo. La DMD è causata da una mutazione nel gene della distrofina, il cui locus si trova su Xp21.2. Circa il 30% dei casi è causato da mutazioni de novo, il 70% - dal portatore della mutazione da parte della madre del probando. La distrofina è responsabile del collegamento del citoscheletro di ciascuna fibra muscolare alla lamina basale principale (matrice extracellulare) attraverso un complesso proteico costituito da molte subunità. La mancanza di distrofina porta alla penetrazione eccesso di calcio nel sarcolemma (membrana cellulare). Le fibre muscolari subiscono necrosi, il tessuto muscolare viene sostituito dal tessuto adiposo e dal tessuto connettivo.

La moderna diagnosi di DMD si basa sulla valutazione della conformità delle manifestazioni della malattia con criteri clinici, anamnestici e laboratorio-strumentali (creatina chinasi sierica (CS), elettroneuromiografia (ENMG), studio istochimico della biopsia muscolare), analisi genealogiche e dati da studi di genetica molecolare.

Condurre la consulenza genetica medica attualmente in molte famiglie può impedire la nascita di un bambino malato. La diagnosi prenatale del DNA all'inizio della gravidanza nelle famiglie con un bambino affetto da DMD consentirà ai genitori di scegliere ulteriori tattiche e, possibilmente, interrompere la gravidanza in anticipo se il feto ha una malattia.

In alcuni casi quadro clinico osservato nelle donne - portatori eterozigoti del gene mutante sotto forma di aumento muscoli del polpaccio, debolezza muscolare moderatamente pronunciata, diminuzione dei riflessi tendinei e periostali, secondo studi paraclinici, il livello di CCS aumenta. Inoltre, le classiche manifestazioni cliniche della DMD possono verificarsi nelle donne con sindrome di Shereshevsky-Turner (genotipo 45, CW).

Esempio clinico. Nella nostra clinica si osserva un bambino di 7 anni K., che lamenta debolezza dei muscoli delle braccia e delle gambe, affaticamento durante le lunghe camminate. La madre del bambino nota che ha cadute periodiche, difficoltà a salire le scale, disturbi dell'andatura (come una "papera"), difficoltà ad alzarsi da una posizione seduta, aumento del volume dei muscoli del polpaccio.

Lo sviluppo iniziale del bambino è stato tranquillo. All'età di 3 anni, altri hanno notato violazioni funzioni motorie sotto forma di difficoltà nel salire le scale, quando si alzava, il bambino non prendeva parte ai giochi all'aperto, cominciava a stancarsi velocemente. Poi l'andatura tipo anatra è cambiata. Le difficoltà sono aumentate quando ci si alza da una posizione seduta o da una posizione prona: alzarsi passo dopo passo con una "scala" con l'uso attivo delle mani. A poco a poco, divenne evidente un aumento del volume del polpaccio e di alcuni altri muscoli.

IN esame neurologico primo segno clinicoè una tetraparesi periferica prossimale simmetrica, più pronunciata nelle gambe (forza muscolare nel prossimale arti superiori- 3-4 punti, nelle parti distali - 4 punti, nelle parti prossimali estremità più basse- 2-3 punti, nel distale - 4 punti). L'andatura viene modificata in base al tipo "anatra". Utilizza tecniche ausiliarie ("miopatiche"), ad esempio alzandosi in piedi con una "scala". Il tono muscolare è ridotto, non ci sono contratture. Ipotrofia dei muscoli del bacino e cingolo scapolare. Caratteristiche "miopatiche", ad esempio sotto forma di un ampio spazio interscapolare. C'è pseudoipertrofia dei muscoli del polpaccio. Riflessi tendinei e periostali - senza una differenza significativa nei lati; bicipitale - basso, tricipitale e carporadiale - vivacità media, ginocchio e Achille - basso. Sulla base dei risultati clinici, si sospettava la DMD.

Nello studio del KKS, il suo livello era di 5379 unità/l, che è 31 volte superiore alla norma (la norma è fino a 171 unità/l). Secondo ENMG, sono stati registrati segni che sono più caratteristici di un processo muscolare primario moderatamente in corso. Pertanto, i dati ottenuti hanno confermato la presenza di DMD nel paziente.

Oltre al probando, i suoi genitori e gli anziani Sorella nativa. Nessuno dei parenti del probando presentava manifestazioni cliniche di DMD. Tuttavia, la madre ha notato un leggero aumento di volume dei muscoli del polpaccio. Secondo l'analisi genealogica, il probando è l'unico malato della famiglia. Allo stesso tempo, non si può escludere che la madre del bambino e la sorella del probando siano portatrici eterozigoti del gene mutante (Fig. 1).

Riso. 1 pedigree

Nell'ambito della consulenza genetica medica, la famiglia K. è stata esaminata per la presenza/assenza di delezioni e duplicazioni nel gene della distrofina. L'analisi genetica molecolare nel laboratorio di diagnostica del DNA del Centro scientifico statale di Mosca dell'Accademia russa delle scienze mediche ha rivelato una delezione dell'esone 45 nel probando K., che conferma finalmente l'accertamento stabilito diagnosi clinica DMD. La delezione dell'esone 45 trovata nel figlio non è stata trovata nella madre. Nella sorella, a seguito dell'analisi, non è stata riscontrata la delezione dell'esone 45, che era stata rilevata nel fratello. Pertanto, nel soggetto, la mutazione ha molto probabilmente un'origine de novo, ma può anche essere il risultato di un mosaicismo germinale nella madre. Di conseguenza, con una mutazione de novo, il rischio di dare alla luce un bambino malato in una madre sarà determinato dalla frequenza della popolazione di questa mutazione (1:3500, ‹‹1%), che è molto inferiore a quella legata all'X tipo recessivo eredità (50% dei ragazzi). Poiché non è possibile escludere del tutto che la mutazione possa essere il risultato del mosaicismo germinale, in cui l'ereditarietà secondo le leggi di Mendel viene violata, si raccomanda la diagnosi prenatale durante una gravidanza successiva nella madre e nella sorella del probando.

Conclusione. Attualmente, il dottore ha un ampio arsenale rimedi sintomatici utilizzato nel trattamento della DMD, tuttavia, nonostante i progressi della scienza, trattamento eziologico DMD non è stato ancora sviluppato, farmaci efficaci Per trattamento sostitutivo non esiste in DMD. Secondo una recente ricerca sulle cellule staminali, esistono vettori promettenti che possono sostituire quelli danneggiati tessuti muscolari. Tuttavia, al momento, è possibile solo un trattamento sintomatico, volto a migliorare la qualità della vita del paziente. In questa connessione diagnosi precoce DMD suona ruolo essenziale per lo svolgimento tempestivo della consulenza genetica medica e la scelta di ulteriori tattiche di pianificazione familiare. Per la diagnosi prenatale del DNA, il test della biopsia corionica (CVS) può essere eseguito a 11-14 settimane di gestazione, l'amniocentesi può essere utilizzata dopo 15 settimane e il prelievo di sangue fetale è possibile a circa 18 settimane. Se il test viene eseguito all'inizio della gravidanza, l'interruzione anticipata della gravidanza è possibile se il feto ha una malattia. In alcuni casi, è consigliabile eseguire la diagnostica del DNA preimpianto seguita dalla fecondazione in vitro.

Conclusioni. Fornire diagnosi precoce e prevenzione della DMD, è necessario utilizzare più ampiamente i metodi di diagnostica genetica molecolare; aumentare la vigilanza dei professionisti in relazione a questa patologia. Con una mutazione de novo, il rischio di avere un figlio malato in una madre è determinato dalla frequenza della popolazione della mutazione del gene della distrofina. Nei casi in cui la madre del probando sia portatrice della mutazione, per la pianificazione familiare è richiesta la diagnostica del DNA prenatale o perimplantare.

Amniocentesi - un test che viene utilizzato per ottenere un campione per l'analisi dei geni e dei cromosomi del feto. Il feto è nell'utero circondato da liquido. Questo liquido contiene un gran numero di cellule della pelle del nascituro. Una piccola quantità di fluido viene prelevata con un ago sottile attraverso la parete addominale della madre (pancia). Il liquido viene inviato a un laboratorio per l'analisi. Per ulteriori informazioni, consultare la brochure sull'amniocentesi.

Malattia genetica autosomica dominante- questa è una malattia, per lo sviluppo della quale una persona ha bisogno di ereditare una copia alterata del gene (mutazione) da uno dei genitori. Con questo tipo di eredità, la malattia viene trasmessa alla metà dei figli di una coppia sposata da uno dei genitori malati. Entrambi i sessi hanno la stessa probabilità di essere colpiti. Nelle famiglie si osserva la trasmissione verticale della malattia: da un genitore alla metà dei figli.

Genetica autosomica recessivamalattia - Questa è una malattia in cui una persona ha bisogno di ereditare due copie alterate di un gene (mutazioni), una da ciascun genitore. Con questo tipo di eredità, un quarto dei figli di una coppia sposata si ammala. I genitori sono sani, ma sono portatori della malattia. Una persona che ha una sola copia del gene alterato sarà un portatore sano. Vedere l'opuscolo Ereditarietà recessiva per ulteriori informazioni.

Autosomico - un tratto il cui gene si trova sugli autosomi.

Autosomi - Gli esseri umani hanno 23 coppie di cromosomi. Le coppie da 1 a 22 sono chiamate autosomi e hanno lo stesso aspetto negli uomini e nelle donne. I cromosomi della 23a coppia differiscono tra uomini e donne e sono chiamati cromosomi sessuali.

Biopsia dei villi coriali, BVP - una procedura durante la gravidanza per raccogliere cellule dal feto per testare i geni o i cromosomi del nascituro per determinate condizioni ereditarie. Un piccolo numero di cellule viene prelevato dalla placenta in via di sviluppo e inviato a un laboratorio per il test. Consultare la brochure sulla biopsia dei villi coriali per ulteriori informazioni.

Vagina - organo che collega l'utero a ambiente esterno, canale di nascita.

Gene - informazioni di cui un organismo ha bisogno per la vita, immagazzinate in forma chimica (DNA) sui cromosomi.

Genetico - causato da geni, correlato a geni.

Ricerca genetica - uno studio che può aiutare a determinare se ci sono cambiamenti nei singoli geni o cromosomi. Per ulteriori informazioni, consultare l'opuscolo Cos'è il test genetico?

malattia genetica - una malattia causata da anomalie nei geni o nei cromosomi.

Cancellazione - perdita di parte del materiale genetico (DNA); il termine può essere usato per riferirsi alla perdita di parte sia di un gene che di un cromosoma. Consultare la brochure sui disturbi cromosomici per ulteriori informazioni.

DNA - la sostanza chimica di cui sono composti i geni e che contiene le informazioni necessario per il corpo per la vita.

Duplicazione - ripetizione anormale di una sequenza di materiale genetico (DNA) in un gene o cromosoma. Consultare la brochure sui disturbi cromosomici per ulteriori informazioni.

Misurazione dello spessore dello spazio del colletto (TVP) - esame ecografico della parte posteriore della zona del collo fetale, che è piena di liquido fase iniziale gravidanza. Se il bambino ha malattia congenita(p. es., sindrome di Down), lo spessore dello spazio nucale può essere alterato.

Inversione - cambiamento nella sequenza dei geni su un singolo cromosoma. Consultare la brochure sui disturbi cromosomici per ulteriori informazioni.

Inserimento - inserimento di ulteriore materiale genetico (DNA) in un gene o cromosoma. Consultare la brochure sui disturbi cromosomici per ulteriori informazioni.

Cariotipo - una descrizione della struttura dei cromosomi di un individuo, compreso il numero di cromosomi, l'insieme dei cromosomi sessuali (XX o XY) e qualsiasi deviazione dall'insieme normale.

Cellula - corpo umanoè costituito da milioni di cellule che fungono da "mattoni". Le cellule in diverse parti del corpo umano hanno un aspetto e prestazioni differenti varie funzioni. Ogni cellula (ad eccezione degli ovuli nelle donne e dello sperma negli uomini) contiene due copie di ciascun gene.

Cromosoma ad anelloè il termine usato quando le estremità di un cromosoma si uniscono per formare un anello. Per ulteriori informazioni consultare la brochure Traslocazioni cromosomiche.

Utero - parte del corpo di una donna in cui cresce un feto durante la gravidanza.

Consulenza genetica medica- assistenza informativa e medica alle persone preoccupate per la presenza di una patologia in famiglia, eventualmente di natura ereditaria.

Mutazione- cambiamento nella sequenza del DNA di un particolare gene. Questo cambiamento nella sequenza del gene porta al fatto che le informazioni in esso contenute vengono violate e non possono funzionare correttamente. Questo può portare allo sviluppo di una malattia genetica.

Aborto spontaneo - pag interruzione prematura di una gravidanza prima che il bambino sia in grado di sopravvivere al di fuori dell'utero.

Traslocazione sbilanciata - una traslocazione che riarrangiamento cromosomico porta all'acquisizione o alla perdita di una certa quantità di materiale cromosomico (DNA), o contemporaneamente all'acquisizione di ulteriore e alla perdita di parte del materiale originario. Può verificarsi in un bambino il cui genitore è portatore di una traslocazione bilanciata. Per ulteriori informazioni consultare la Brochure Traslocazioni cromosomiche.

Portatore di riarrangiamento cromosomico - una persona che ha una traslocazione bilanciata, in cui la quantità di materiale cromosomico non è ridotta o aumentata, il che di solito non causa problemi di salute.

vettore - una persona che normalmente non ha una malattia (attualmente) ma porta una copia alterata di un gene. Nel caso di una malattia recessiva, il portatore è generalmente sano; nel caso di una malattia dominante con insorgenza tardiva, la persona si ammalerà più tardi.

Concimazione - la fusione di un uovo e uno spermatozoo per creare la prima cellula del bambino.

Placenta- un organo adiacente alla parete interna dell'utero di una donna incinta. Il feto riceve i nutrienti attraverso la placenta. La placenta cresce da un uovo fecondato, quindi contiene gli stessi geni del feto.

Risultato positivo - un risultato del test che mostra che la persona esaminata ha un cambiamento (mutazione) in un gene.

Cromosomi sessuali - Cromosoma X e cromosoma Y. L'insieme dei cromosomi sessuali determina se un individuo è maschio o femmina. Le donne hanno due cromosomi X, gli uomini hanno un cromosoma X e un cromosoma Y.

Test predittivi - ricerca genetica finalizzata all'identificazione di una condizione che può svilupparsi o si svilupperà nel corso della vita. Quando la ricerca genetica è finalizzata all'identificazione di una condizione che si svilupperà quasi inevitabilmente in futuro, viene chiamata tale ricerca presintomatico.

Diagnosi prenatale- uno studio effettuato durante la gravidanza, per la presenza o l'assenza di una malattia genetica nel bambino.

Traslocazione reciproca - una traslocazione che si verifica quando due frammenti si staccano da due diversi cromosomi e si scambiano di posto. Per ulteriori informazioni consultare la Brochure Traslocazioni cromosomiche.

Traslocazione Robertsoniana - si verifica quando un cromosoma è attaccato a un altro. Per ulteriori informazioni consultare la Brochure Traslocazioni cromosomiche.

Traslocazione bilanciata - t ranlocazione (riarrangiamento cromosomico), in cui la quantità di materiale cromosomico non viene ridotta o aumentata, ma viene spostata da un cromosoma all'altro. Una persona con una traslocazione bilanciata di solito non ne soffre, ma aumenta il rischio di sviluppare malattie genetiche per i suoi figli. Per ulteriori informazioni consultare la Brochure Traslocazioni cromosomiche.

Condizione legata al sesso- Vedi Ereditarietà legata all'X.

spermatozoo - la cellula sessuale del padre, il contributo del padre alla formazione della cellula da cui si svilupperà un nuovo bambino. Ogni spermatozoo contiene 23 cromosomi, uno per ogni coppia di cromosomi paterni. Lo sperma si fonde con l'uovo per creare la prima cellula da cui si sviluppa il nascituro.

Traslocazione - riarrangiamento del materiale cromosomico. Si verifica quando un frammento di un cromosoma si stacca e si attacca a un altro punto. Per ulteriori informazioni consultare la Brochure Traslocazioni cromosomiche.

Esame ecografico (ecografia) - un esame indolore in cui le onde sonore vengono utilizzate per creare un'immagine di un feto che cresce nell'utero della madre. Può essere eseguito spostando la testina dello scanner sulla superficie parete addominale(addome) della madre o all'interno della vagina.

Cromosomi - strutture filamentose visibili al microscopio che contengono geni. Normalmente, una persona ha 46 cromosomi. Ereditiamo un set di 23 cromosomi da nostra madre, il secondo set di 23 cromosomi da nostro padre.

Malattia legata all'X- una malattia genetica risultante da una mutazione (cambiamento) in un gene situato sul cromosoma X. Le malattie legate all'X includono emofilia, distrofia muscolare Duchenne, sindrome dell'X fragile e molti altri. Consultare la brochure Ereditarietà legata all'X per ulteriori informazioni.

XX- è così che viene solitamente rappresentato l'insieme dei cromosomi sessuali di una donna. Normalmente, una donna ha due cromosomi X. Ciascuno dei cromosomi X è ereditato da uno dei genitori.

cromosoma X - Uno dei cromosomi sessuali. Le donne normalmente hanno due cromosomi X. Gli uomini normalmente hanno un cromosoma X e un cromosoma Y.

Ovaia/ovaie- Organi nel corpo di una donna che producono uova.

Ovulo - la cellula germinale della madre, che servirà come base per creare la prima cellula del nascituro. L'uovo contiene 23 cromosomi; uno di ogni coppia che ha la madre. L'uovo si fonde con lo sperma per formare la prima cellula del bambino.

De novo - con combinazione di latino che significa "nuovamente". Utilizzato per descrivere i cambiamenti nei geni o nei cromosomi (mutazioni) che sono di nuova formazione, ad es. nessuno dei genitori di una persona con una mutazione de novo ha questi cambiamenti.

XY- è così che viene solitamente rappresentato l'insieme dei cromosomi sessuali di un uomo. I maschi hanno un cromosoma X e un cromosoma Y. I maschi ereditano il cromosoma X dalla madre e il cromosoma Y dal padre.

cromosoma Y uno dei cromosomi sessuali. Normalmente, i maschi hanno un cromosoma Y e un cromosoma X. Una donna normalmente ha due cromosomi X.

neurologico e disordini mentali rappresentano il 13% del carico globale di malattie, colpendo direttamente più di 450 milioni di persone in tutto il mondo. È probabile che la prevalenza di questi disturbi continui ad aumentare a causa dell'aumento dell'aspettativa di vita della popolazione. Sfortunatamente, quasi la metà dei pazienti con schizofrenia attualmente non riceve cure appropriate cure mediche, in parte perché primi sintomi la schizofrenia è spesso confusa con quelle osservate in altri disturbi psichiatrici (p. es., depressione psicotica O disturbo bipolare). Altri disturbi come la sindrome di Rett (RTT) e la neurofibromatosi di tipo II (NF2) richiedono un approccio multidisciplinare e il trattamento in centri specializzati centri medici. Inoltre, la maggior parte di questi disturbi sono complessi, derivanti dall'interazione di fattori genetici e ambientali.

Sulla base dei dati di studi duali, l'ereditabilità di alcuni disturbi psichiatrici è elevata. Questo vale per l'autismo e la schizofrenia, con fattori ereditari rispettivamente dell'ordine del 90% e dell'80%. Tuttavia, queste malattie si verificano spesso anche come casi isolati e può esserci un solo bambino affetto nato da genitori non affetti senza storia famigliare malattia. Una possibile spiegazione di questo fenomeno è la comparsa di mutazioni di nuovo dove le mutazioni si verificano durante la spermatogenesi o l'oogenesi (mutazioni della linea germinale) e sono quindi presenti nel paziente ma non rilevabili nel genitore non affetto. Questo meccanismo genetico Ultimamente era al centro dell'attenzione nello spiegare parte della base genetica dei disturbi dello sviluppo del sistema neurologico.

Dato che si stima che il genoma umano contenga circa 22.333 geni, nel cervello umano sono espressi oltre 17.800 geni. Mutazioni che colpiscono quasi tutti questi geni, in combinazione con fattori ambiente, può contribuire all'emergere di disturbi neurologici e mentali del cervello. Studi recenti hanno identificato una serie di mutazioni causali nei geni e hanno dimostrato il ruolo significativo che la genetica gioca nei disturbi neurologici e psichiatrici. Questi studi hanno dimostrato il coinvolgimento di rari (<1% частоты) точечных мутаций и вариаций числа копий (CNVs, то есть геномных делеций или дублирования от>da 1 kb a diversi Mb) che possono sorgere in regioni prive di geni, o che possono interessare un singolo gene, o includere un insieme contiguo di geni nell'eziologia genetica di autismo, schizofrenia, disabilità intellettiva, disturbo da deficit di attenzione e altri disturbi neuropsichiatrici .

È noto da tempo che i disturbi neurologici e psichiatrici compaiono nelle stesse famiglie, suggerendo l'ereditarietà con una componente genetica importante della malattia. Per alcuni disordini neurologici come NF2 o RTT, è stata identificata una causa genetica. Tuttavia, per la stragrande maggioranza dei disturbi neurologici e psichiatrici come schizofrenia, autismo, disturbo bipolare e gambe senza riposo, cause genetiche rimangono in gran parte sconosciuti. I recenti sviluppi nelle tecnologie di sequenziamento del DNA hanno aperto nuove possibilità per la nostra comprensione dei meccanismi genetici alla base di questi disturbi. Utilizzando enormi piattaforme parallele di sequenziamento del DNA (chiamate anche "prossima generazione"), un campione (esperimento) può cercare mutazioni in tutti i geni del genoma umano.

Valore noto De Novo mutazioni (cioè mutazioni acquisite nella prole) in disturbi mentali come ritardo mentale (ID), autismo e schizofrenia. In effetti, in molti recenti studi sul genoma, l'analisi dei genomi degli individui affetti e il confronto con quelli dei loro genitori ha dimostrato che rare variazioni codificanti e non codificanti di nuovo significativamente associato al rischio di autismo e schizofrenia. È stato suggerito che un gran numero di nuovi casi di questi disturbi sia dovuto in parte a mutazioni di nuovo, che possono compensare le perdite alleliche dovute alla capacità riproduttiva gravemente ridotta, mantenendo così alti tassi di queste malattie. Sorprendentemente, mutazioni di nuovo abbastanza comune (dell'ordine di 100 nuove mutazioni per bambino), con solo poche (dell'ordine di una per bambino) nelle regioni codificanti.

Mutazioni di nuovo al di fuori delle regioni codificanti, come nel promotore, nell'introne o nelle regioni intergeniche, possono anche essere associate alla malattia. Tuttavia, la sfida è determinare quale di queste mutazioni sia patogena.

Diverse principali linee di evidenza devono essere prese in considerazione quando si valuta la patogenicità di un osservato De Novo mutazioni: De Novo tasso di mutazione, funzione genica, impatto della mutazione e correlazioni cliniche. Le domande principali possono ora essere formulate nel seguente modo: quanti geni saranno coinvolti nei disturbi neurologici e mentali? Quali specifici percorsi genici sono coinvolti? Quali sono le conseguenze delle mutazioni di nuovo per la consulenza genetica? È necessario rispondere a queste domande per migliorare la diagnosi e sviluppare trattamenti.

Il ruolo delle mutazioni di nuovo nelle malattie umane è ben noto, soprattutto nel campo della genetica oncologica e dei disturbi mendeliani dominanti come le sindromi Kabuki e Schinzel-Giedon. Entrambe queste sindromi sono caratterizzate da grave disabilità intellettiva e congenita anomalie facciali, ed è stato recentemente scoperto che sono causati da mutazioni di nuovo v geni MLL2 E SETBP1, rispettivamente. Recentemente la ricerca di Sanders et al., Neale et al., O "roccia et al. confermato il contributo De Novo mutazioni nell'eziologia dell'autismo. Ogni studio ha identificato un elenco di mutazioni di nuovo, presente nei probandi, ma solo pochi geni sono stati identificati con diversi di nuovo (CHD8, SCN2A, KATNAL2 E NTNG1). Le analisi basate sull'interazione proteica e sul percorso di questi studi hanno mostrato una relazione significativa e complessiva percorso biologico tra geni portatori di mutazioni di nuovo nei casi di autismo. Le reti proteiche coinvolte nel rimodellamento della cromatina, nell'ubiquitinazione e nello sviluppo neuronale sono state identificate come potenziali bersagli per i geni di suscettibilità all'autismo. Infine, questi studi mostrano che 1.000 o più geni possono essere interpretati come quelli in cui possono verificarsi mutazioni infiltranti che contribuiscono all'autismo.

I progressi tecnologici nel sequenziamento del DNA hanno sostanzialmente rivoluzionato lo studio della variazione genetica nel genoma umano e hanno permesso di identificare molti tipi di mutazioni, tra cui sostituzioni di singole coppie di basi, inserzioni/delezioni, CNV, inversioni e ri-espansioni, nonché quelle considerate mutazioni somatiche e germinali. È stato dimostrato che tutti questi tipi di mutazioni svolgono un ruolo nella malattia umana. Le mutazioni a singolo nucleotide sembrano essere principalmente di "origine paterna", mentre le delezioni possono essere principalmente di "origine materna". Ciò può essere spiegato dalle differenze tra la gametogenesi maschile e femminile. Ad esempio, in uno studio sulla neurofibromatosi, 16 mutazioni su 21 consistevano in delezioni di origine materna e 9 mutazioni puntiformi su 11 erano di origine paterna.

Vari tipi di mutazioni possono essere trasmessi da genitore a figlio o acquisiti spontaneamente. Il meccanismo che governa quest'ultimo ha attirato l'attenzione in l'anno scorso a causa dell'importanza di questo tipo di mutazione in malattie come la schizofrenia e l'autismo. Tasso di mutazione di nuovo, sembra dominare con l'età del padre. Il tasso qui aumenta con l'età paterna, probabilmente a causa degli effetti della ridotta efficienza di replicazione del DNA o dei meccanismi di riparazione che dovrebbero deteriorarsi con l'età. Pertanto, il rischio di malattia dovrebbe aumentare con l'aumentare dell'età del padre. È stato riscontrato che ciò si verifica in molti casi, tra cui la sindrome di Crouzon, la neoplasia endocrina multipla di tipo II e la neurofibromatosi di tipo I. Più recentemente, O'Roak et al. osservato una marcata componente paterna di 51 mutazioni di nuovo, identificato in uno studio di sequenziamento di 188 genitori-figli con casi di autismo sporadico. Questi risultati sono simili a quelli osservati nelle recenti relazioni su Cnn N nuovo con disabilità intellettiva. Questa correlazione può essere spiegata in modo significativo un largo numero divisioni cellulari mitotiche nelle cellule germinali o negli spermatociti prima della meiosi per tutta la vita dei maschi rispetto a quanto avviene durante l'oogenesi nelle femmine.

Sulla base del numero stabilito di divisioni cellulari che si verificano nell'oogenesi (dalla nascita alla menopausa) rispetto alla spermatogenesi (dalla pubertà alla fine della vita), James F. Crow (James F. Crow) ha calcolato che all'età di 30 anni, il numero medio di ripetizioni cromosomiche dallo zigote alla produzione di spermatozoi è 16,5 volte superiore a quello dallo zigote alla produzione di uova.

Il mosaicismo genetico è dovuto all'occorrenza di nuovo mutazioni mitotiche, si manifesta molto presto nello sviluppo dell'embrione ed è definita come la presenza di più cloni cellulari con un certo genotipo nella stessa persona. Esiste il mosaicismo somatico e germinale, ma il mosaicismo germinale può facilitare la trasmissione di ciò che può essere trasmesso per mutazione di nuovo prole.

Anche le mutazioni spontanee che si verificano nelle cellule somatiche (durante la mitosi, dopo la fecondazione) possono svolgere un ruolo nella genesi di malattie associate a disturbi dello sviluppo.

Tre gruppi di scienziati americani, indipendentemente l'uno dall'altro, sono riusciti per la prima volta a stabilire un legame tra mutazioni in alcuni geni e la probabilità che un bambino sviluppi disturbi dello spettro autistico, secondo il New York Times. Inoltre, i ricercatori hanno trovato conferma scientifica della relazione diretta precedentemente identificata tra l'età dei genitori, in particolare dei padri, e il rischio di sviluppare l'autismo nella prole.

Tutti e tre i gruppi si sono concentrati su un raro gruppo di mutazioni genetiche chiamate "de novo". Queste mutazioni non sono ereditate, ma si verificano durante il concepimento. Come materiale genetico, sono stati prelevati campioni di sangue da membri della famiglia in cui i genitori non erano autistici e i bambini si sono sviluppati vari disturbi spettro autistico.

Il primo gruppo di scienziati, guidato da Matthew W. State, professore di genetica e psichiatria infantile alla Yale University, il cui lavoro è stato pubblicato il 4 aprile sulla rivista Nature, ha analizzato la presenza di mutazioni de novo in 200 persone con diagnosi di autismo, i cui genitori , i fratelli non erano autistici. Di conseguenza, sono stati trovati due bambini con la stessa mutazione nello stesso gene, senza nient'altro che li collegasse tranne la diagnosi.

"È come quando gioco delle freccette colpire due volte lo stesso punto del bersaglio con un dardo. La probabilità che la mutazione scoperta sia associata all'autismo è del 99,9999 percento ", afferma la pubblicazione.

Un team guidato da Evan E. Eichler, professore di genetica all'Università di Washington, ha esaminato campioni di sangue di 209 famiglie con bambini autistici e ha trovato la stessa mutazione nello stesso gene in un bambino. Inoltre, sono stati identificati due bambini con autismo famiglie diverse, che si è rivelato avere mutazioni "de novo" identiche, ma in geni diversi. Tali coincidenze non sono state osservate in soggetti che non erano autistici.

Un terzo gruppo di ricercatori, guidato dal professor Mark J. Daly dell'Università di Harvard, ha trovato diversi casi di mutazioni de novo negli stessi tre geni nei bambini autistici. Almeno una mutazione di questo tipo è presente nel genotipo di qualsiasi persona, ma, secondo Daly, gli autistici, in media, ne hanno molte di più.

Tutti e tre i gruppi di ricercatori hanno anche confermato la relazione precedentemente osservata tra l'età dei genitori e l'autismo nei bambini. Più anziani sono i genitori, in particolare il padre, maggiore è il rischio di mutazioni de novo. Dopo aver analizzato 51 mutazioni, il team guidato dal professor Eichler ha scoperto che questo tipo di danno si verifica quattro volte più spesso nel DNA maschile che in quello femminile. E ancora di più se l'età di un uomo supera i 35 anni. Pertanto, gli scienziati suggeriscono che è il materiale genetico paterno danneggiato ottenuto dalla prole al momento del concepimento a essere la fonte di quelle mutazioni che portano allo sviluppo di disturbi autistici.

Gli scienziati concordano sul fatto che la ricerca di modi per prevenire un tale sviluppo di eventi sarà lunga, la ricerca sulla natura genetica dell'autismo è solo all'inizio. In particolare, i team di Eichler e Daly hanno trovato prove che i geni con mutazioni "de novo" sono coinvolti negli stessi processi biologici. "Ma questa è solo la punta della punta dell'iceberg", afferma il professor Eichler. "La cosa principale è che siamo tutti d'accordo su dove cominciare".

La schizofrenia è una delle malattie più misteriose e complesse, e in molti modi. È difficile da diagnosticare: non c'è ancora consenso sul fatto che questa malattia sia una o più simili tra loro. È difficile trattarlo - ora ci sono solo farmaci che sopprimono il cosiddetto. sintomi positivi (come il delirio), ma non aiutano a riportare la persona alla normalità vita piena. La schizofrenia è difficile da studiare: nessun altro animale tranne gli umani ne soffre, quindi non ci sono quasi modelli per studiarla. La schizofrenia è molto difficile da comprendere dal punto di vista genetico ed evolutivo - è piena di contraddizioni che i biologi non possono ancora risolvere. Tuttavia, la buona notizia è che negli ultimi anni le cose sembrano finalmente decollare. Abbiamo già parlato della storia della scoperta della schizofrenia e dei primi risultati del suo studio con metodi neurofisiologici. Questa volta parleremo di come gli scienziati stanno cercando le cause genetiche della malattia.

L'importanza di questo lavoro non è nemmeno che quasi ogni centesima persona sul pianeta soffre di schizofrenia, e i progressi in quest'area dovrebbero almeno semplificare radicalmente la diagnosi, anche se creiamo buona medicina non funzionerà subito. L'importanza della ricerca genetica risiede nel fatto che stanno già cambiando la nostra comprensione dei meccanismi fondamentali dell'ereditarietà di tratti complessi. Se gli scienziati riescono ancora a capire come una cosa del genere possa "nascondersi" nel nostro DNA malattia complessa come la schizofrenia, significherebbe una svolta radicale nella comprensione dell'organizzazione del genoma. E il significato di tale lavoro andrà ben oltre la psichiatria clinica.

Innanzitutto, alcuni fatti crudi. La schizofrenia è una malattia mentale grave, cronica e invalidante che di solito colpisce le persone in giovane età. Colpisce circa 50 milioni di persone nel mondo (poco meno dell'1% della popolazione). La malattia è accompagnata da apatia, mancanza di volontà, spesso allucinazioni, delirio, disorganizzazione del pensiero e della parola e disturbi motori. I sintomi di solito causano isolamento sociale e prestazioni ridotte. Un aumento del rischio di suicidio nei pazienti con schizofrenia, così come malattie somatiche concomitanti, porta al fatto che la loro aspettativa di vita complessiva è ridotta di 10-15 anni. Inoltre, i pazienti con schizofrenia hanno meno figli: gli uomini hanno una media del 75%, le donne del 50%.

L'ultimo mezzo secolo è stato un periodo di rapidi progressi in molte aree della medicina, ma questi progressi non hanno influito molto sulla prevenzione e sul trattamento della schizofrenia. Ultimo ma non meno importante, ciò è dovuto al fatto che non abbiamo ancora un'idea chiara della violazione di quali processi biologici sono la causa dello sviluppo della malattia. Questa mancanza di comprensione ha fatto sì che dall'introduzione sul mercato del primo farmaco antipsicotico clorpromazina (nome commerciale: Aminazina) più di 60 anni fa, non vi sia stato un cambiamento qualitativo nel trattamento della malattia. Tutti gli antipsicotici attualmente approvati per il trattamento della schizofrenia (sia tipici, compresa la clorpromazina che atipici) hanno lo stesso meccanismo d'azione principale: riducono l'attività dei recettori della dopamina, che elimina le allucinazioni e le delusioni, ma, sfortunatamente, ha scarso effetto sul negativo sintomi come apatia, mancanza di volontà, disturbi del pensiero, ecc. effetti collaterali non citiamo nemmeno. Una delusione comune nella ricerca sulla schizofrenia è che le aziende farmaceutiche hanno a lungo tagliato i finanziamenti per gli antipsicotici, anche se il numero totale test clinici cresce solo. Tuttavia, la speranza di chiarire le cause della schizofrenia proveniva da una direzione piuttosto inaspettata: è associata a progressi senza precedenti nella genetica molecolare.

Responsabilità collettiva

Anche i primi ricercatori sulla schizofrenia hanno notato che il rischio di ammalarsi è strettamente correlato alla presenza di parenti malati. I tentativi di stabilire il meccanismo di ereditarietà della schizofrenia furono fatti quasi immediatamente dopo la riscoperta delle leggi di Mendel, all'inizio del XX secolo. Tuttavia, a differenza di molte altre malattie, la schizofrenia non voleva inserirsi nel quadro di semplici modelli mendeliani. Nonostante l'elevata ereditabilità, non era possibile associarlo a uno o più geni, pertanto, verso la metà del secolo, cominciarono a prendere sempre più piede le cosiddette "sintesi". Teorie psicogene dello sviluppo della malattia. In accordo con la psicoanalisi, estremamente popolare verso la metà del secolo, queste teorie spiegavano l'apparente ereditarietà della schizofrenia non dalla genetica, ma dalle caratteristiche dell'educazione e da un'atmosfera malsana all'interno della famiglia. C'era anche qualcosa come "genitori schizofrenogeni".

Tuttavia, questa teoria, nonostante la sua popolarità, non durò a lungo. L'ultimo punto sulla questione se la schizofrenia sia una malattia ereditaria è stato posto da studi psicogenetici condotti già negli anni '60 e '70. Questi erano principalmente studi sui gemelli, così come studi sui bambini adottati. L'essenza degli studi sui gemelli è confrontare le probabilità della manifestazione di qualche tratto - in questo caso sviluppo della malattia - in gemelli identici e fraterni. Poiché la differenza nell'effetto dell'ambiente sui gemelli non dipende dal fatto che siano identici o fraterni, le differenze in queste probabilità dovrebbero derivare principalmente dal fatto che i gemelli identici sono geneticamente identici, mentre i gemelli fraterni hanno, in media, solo la metà le varianti comuni dei geni.

Nel caso della schizofrenia, si è scoperto che la concordanza dei gemelli identici è più di 3 volte superiore alla concordanza dei gemelli fraterni: per il primo è di circa il 50 percento e per il secondo è inferiore al 15 percento. Queste parole dovrebbero essere intese come segue: se hai un fratello gemello identico che soffre di schizofrenia, allora tu stesso ti ammalerai con una probabilità del 50 percento. Se tu e tuo fratello siete gemelli fraterni, il rischio di ammalarsi non supera il 15%. I calcoli teorici, che tengono inoltre conto della prevalenza della schizofrenia nella popolazione, stimano il contributo dell'ereditabilità allo sviluppo della malattia a livello del 70-80%. Per fare un confronto, l'altezza e l'indice di massa corporea vengono ereditati più o meno allo stesso modo, tratti che sono sempre stati considerati strettamente correlati alla genetica. A proposito, come si è scoperto in seguito, la stessa elevata ereditabilità è caratteristica di tre delle altre quattro principali malattie mentali: disturbo da deficit di attenzione e iperattività, disturbo bipolare e autismo.

I risultati degli studi sui gemelli sono stati pienamente confermati nello studio di bambini nati da pazienti affetti da schizofrenia e adottati nella prima infanzia da genitori adottivi sani. Si è scoperto che il loro rischio di sviluppare la schizofrenia non è ridotto rispetto ai bambini cresciuti dai loro genitori schizofrenici, il che indica chiaramente il ruolo chiave dei geni nell'eziologia.

E qui arriviamo a una delle caratteristiche più misteriose della schizofrenia. Il fatto è che se è così fortemente ereditato e allo stesso tempo ha un effetto molto negativo sull'adattabilità del portatore (ricorda che i pazienti con schizofrenia lasciano almeno la metà dei discendenti quanti persone sane), allora come riesce a persistere nella popolazione almeno per ? Questa contraddizione, attorno alla quale per molti aspetti si svolge la principale lotta tra le diverse teorie, è stata chiamata il "paradosso evolutivo della schizofrenia".

Fino a poco tempo fa, agli scienziati non era del tutto chiaro quali caratteristiche specifiche del genoma dei pazienti con schizofrenia predeterminassero lo sviluppo della malattia. Per decenni, c'è stato un acceso dibattito nemmeno su quali geni sono cambiati nei pazienti con schizofrenia, ma su quale sia l '"architettura" genetica generale della malattia.

Significa quanto segue. I genomi delle singole persone sono molto simili tra loro, con differenze in media inferiori allo 0,1% dei nucleotidi. Alcuni di quelli caratteristiche distintive i genomi sono abbastanza diffusi nella popolazione. Si ritiene convenzionalmente che se si verificano in più dell'uno per cento delle persone, possono essere chiamate varianti comuni o polimorfismi. Si ritiene che tali varianti comuni siano apparse nel genoma umano più di 100.000 anni fa, anche prima della prima emigrazione di antenati dall'Africa. persone moderne, quindi sono comunemente presenti nella maggior parte delle sottopopolazioni umane. Naturalmente, per esistere in una parte significativa della popolazione per migliaia di generazioni la maggior parte i polimorfismi non dovrebbero essere troppo dannosi per i loro portatori.

Tuttavia, nel genoma di ciascuna delle persone ce ne sono altre caratteristiche genetiche, sono più giovani e più rari. La maggior parte di loro non fornisce alcun vantaggio ai vettori, quindi la loro frequenza nella popolazione, anche se fissa, rimane insignificante. Molti di questi tratti (o mutazioni) hanno un effetto negativo più o meno pronunciato sulla forma fisica, quindi vengono gradualmente rimossi dalla selezione negativa. Invece, come risultato di un continuo processo di mutazione, compaiono altre nuove varianti dannose. In sintesi, la frequenza di una qualsiasi delle nuove mutazioni non supera quasi mai lo 0,1% e tali varianti sono chiamate rare.

Quindi, l'architettura di una malattia indica esattamente quali varianti genetiche - comuni o rare, che hanno un forte effetto fenotipico o che aumentano solo leggermente il rischio di sviluppare una malattia - ne predeterminano l'insorgenza. È attorno a questo tema che, fino a poco tempo fa, si svolgeva il dibattito principale sulla genetica della schizofrenia.

L'unico fatto indiscutibilmente stabilito dai metodi genetici molecolari per quanto riguarda la genetica della schizofrenia nell'ultimo terzo del 20° secolo è la sua incredibile complessità. Oggi è ovvio che la predisposizione alla malattia è determinata da cambiamenti in decine di geni. Allo stesso tempo, tutte le "architetture genetiche" della schizofrenia proposte durante questo periodo possono essere combinate in due gruppi: il modello "malattia comune - varianti comuni" (CV) e il modello "malattia comune - varianti rare" (malattia comune - varianti rare", RV). Ciascuno dei modelli ha fornito la propria spiegazione del "paradosso evolutivo della schizofrenia".

camper vs. CV

Secondo il modello CV, il substrato genetico della schizofrenia è un insieme di tratti genetici, un poligene, simile a ciò che determina l'ereditarietà di tratti quantitativi come l'altezza o il peso corporeo. Tale poligene è un insieme di polimorfismi, ognuno dei quali influisce solo leggermente sulla fisiologia (sono chiamati "causali", perché, sebbene non da soli, portano allo sviluppo della malattia). Per mantenere un tasso di incidenza piuttosto elevato caratteristico della schizofrenia, è necessario che questo poligene sia costituito da varianti comuni - dopotutto, è molto difficile raccogliere molte varianti rare in un genoma. Di conseguenza, ogni persona ha dozzine di varianti così rischiose nel suo genoma. In totale, tutte le varianti causali determinano la predisposizione genetica (responsabilità) di ciascuna persona individuale alla malattia. Si presume che per caratteristiche qualitative complesse, come la schizofrenia, esista un certo valore soglia di predisposizione, e solo quelle persone la cui predisposizione supera questo valore soglia sviluppino la malattia.

Modello soglia di suscettibilità alle malattie. La normale distribuzione della predisposizione, differita da asse orizzontale. Le persone la cui predisposizione supera il valore soglia sviluppano la malattia.

Per la prima volta, un tale modello poligenico della schizofrenia fu proposto nel 1967 da uno dei fondatori della moderna genetica psichiatrica, Irving Gottesman, che diede anche un contributo significativo alla dimostrazione della natura ereditaria della malattia. Dal punto di vista degli aderenti al modello CV, la persistenza di un'alta frequenza di varianti causali della schizofrenia nella popolazione per molte generazioni può avere diverse spiegazioni. In primo luogo, ogni individuo di tale variante ha un effetto piuttosto minore sul fenotipo, tali varianti "quasi neutre" possono essere invisibili alla selezione e rimanere comuni nelle popolazioni. Ciò è particolarmente vero per le popolazioni con una taglia effettiva bassa, dove l'influenza del caso non è meno importante della pressione selettiva - questo include la popolazione della nostra specie.

D'altra parte, sono state fatte ipotesi sulla presenza nel caso della schizofrenia del cosiddetto. bilanciamento della selezione, cioè l'effetto positivo dei "polimorfismi schizofrenici" sui portatori sani. Non è così difficile da immaginare. È noto, ad esempio, che gli individui schizoidi con un'elevata predisposizione genetica alla schizofrenia (di cui ce ne sono molti tra i parenti stretti dei pazienti) sono caratterizzati da un livello aumentato creatività, che può aumentare leggermente il loro adattamento (questo è già stato dimostrato in diversi lavori). La genetica della popolazione consente una situazione in cui l'effetto positivo delle varianti causali nei portatori sani può superare le conseguenze negative per quelle persone che hanno troppe di queste "mutazioni buone", che hanno portato allo sviluppo della malattia.

Il secondo modello di base dell'architettura genetica della schizofrenia è il modello RV. Lei suggerisce che la schizofrenia lo sia concetto collettivo e ogni singolo caso o storia familiare della malattia è una malattia quasi mendeliana separata associata a ciascuno caso separato con cambiamenti unici nel genoma. All'interno di questo modello, le varianti genetiche causali sono molto basse forte pressione selezione e rapidamente rimosso dalla popolazione. Ma poiché in ogni generazione si verifica un piccolo numero di nuove mutazioni, si stabilisce un certo equilibrio tra la selezione e l'emergere di varianti causali.

Da un lato, il modello RV può spiegare perché la schizofrenia è molto ben ereditata, ma i suoi geni universali non sono ancora stati trovati: dopotutto, ogni famiglia eredita le proprie mutazioni causali e semplicemente non ce ne sono di universali. D'altra parte, se siamo guidati da questo modello, allora dobbiamo ammettere che le mutazioni in centinaia di geni diversi possono portare allo stesso fenotipo. Dopotutto, la schizofrenia è una malattia comune e il verificarsi di nuove mutazioni è raro. Ad esempio, i dati sul sequenziamento delle triplette padre-madre-figlio mostrano che in ogni generazione si verificano solo 70 nuove sostituzioni a singolo nucleotide per 6 miliardi di nucleotidi del genoma diploide, di cui, in media, solo poche possono teoricamente avere qualche effetto sul fenotipo e mutazioni di altri tipi - un evento ancora più raro.

Tuttavia, alcune prove empiriche supportano indirettamente questo modello dell'architettura genetica della schizofrenia. Ad esempio, all'inizio degli anni '90, è stato scoperto che circa l'uno per cento di tutti i pazienti affetti da schizofrenia presentava una microdelezione in una delle regioni del 22° cromosoma. Nella stragrande maggioranza dei casi, questa mutazione non è ereditata dai genitori, ma si verifica di nuovo durante la gametogenesi. Una persona su 2.000 nasce con questa microdelezione, che porta a una varietà di anomalie nel corpo, chiamate "sindrome di DiGeorge". Coloro che soffrono di questa sindrome sono caratterizzati da una grave compromissione delle funzioni cognitive e immunitarie, sono spesso accompagnati da ipocalcemia, oltre a problemi al cuore e ai reni. Un quarto delle persone con la sindrome di DiGeorge sviluppa la schizofrenia. Sarebbe allettante suggerire che altri casi di schizofrenia siano dovuti a malattie genetiche simili con conseguenze catastrofiche.

Un'altra osservazione empirica che supporta indirettamente il ruolo di nuovo mutazioni nell'eziologia della schizofrenia è il rapporto del rischio di ammalarsi con l'età del padre. Quindi, secondo alcuni dati, tra quelli i cui padri avevano più di 50 anni al momento della nascita, ci sono 3 volte più pazienti con schizofrenia che tra quelli i cui padri avevano meno di 30 anni. di nuovo mutazioni. Tale connessione, ad esempio, è stata a lungo stabilita per casi sporadici di un'altra malattia ereditaria (monogenica): l'acondroplasia. Questa correlazione è stata recentemente confermata dai suddetti dati di sequenziamento tripletto: di nuovo le mutazioni sono associate all'età del padre, ma non all'età della madre. Secondo i calcoli degli scienziati, in media, un bambino riceve 15 mutazioni dalla madre, indipendentemente dalla sua età, e dal padre - 25 se ha 20 anni, 55 se ha 35 anni e più di 85 se ha è superiore a 50. Cioè, il numero di nuovo le mutazioni nel genoma del bambino aumentano di due per ogni anno di vita del padre.

Insieme, questi dati sembravano indicare abbastanza chiaramente il ruolo chiave di nuovo mutazioni nell'eziologia della schizofrenia. Tuttavia, la situazione si è effettivamente rivelata molto più complicata. Anche dopo la separazione delle due teorie principali, per decenni la genetica della schizofrenia ha ristagnato. Quasi nessuna prova affidabile riproducibile è stata ottenuta a favore di uno di essi. Né sull'architettura genetica generale della malattia, né su varianti specifiche che influenzano il rischio di sviluppare la malattia. Negli ultimi 7 anni si è verificato un brusco balzo ed è associato principalmente a scoperte tecnologiche.

Alla ricerca di geni

Il sequenziamento del primo genoma umano, il successivo miglioramento delle tecnologie di sequenziamento e quindi l'avvento e la diffusa introduzione del sequenziamento ad alto rendimento hanno finalmente permesso di ottenere una comprensione più o meno completa della struttura della variabilità genetica nella popolazione umana. Queste nuove informazioni iniziarono immediatamente ad essere utilizzate per una ricerca su vasta scala dei determinanti genetici della predisposizione a determinate malattie, inclusa la schizofrenia.

Studi simili sono strutturati in questo modo. In primo luogo, vengono raccolti un campione di persone malate non imparentate (casi) e un campione di individui sani non imparentati (controlli) approssimativamente della stessa dimensione. Tutte queste persone sono determinate dalla presenza di alcune varianti genetiche: solo negli ultimi 10 anni i ricercatori hanno avuto l'opportunità di determinarle a livello di interi genomi. Quindi, la frequenza di occorrenza di ciascuna delle varianti identificate viene confrontata tra gruppi di persone malate e un gruppo di controllo. Se allo stesso tempo è possibile trovare un arricchimento statisticamente significativo dell'una o dell'altra variante nei portatori, si parla di associazione. Pertanto, tra il vasto numero di varianti genetiche esistenti vi sono quelle associate allo sviluppo della malattia.

Una misura importante che caratterizza l'effetto di una variante associata alla malattia è l'OD (odds ratio), che è definito come il rapporto tra le probabilità di ammalarsi nei portatori di questa variante rispetto a quelle persone che non ce l'hanno. Se il valore OD di una variante è 10, ciò significa quanto segue. Se prendiamo un gruppo casuale di portatori della variante e un gruppo uguale di persone che non hanno questa variante, si scopre che nel primo gruppo ci saranno 10 volte più pazienti che nel secondo. Allo stesso tempo, più l'OD è vicino a uno per una data variante, più grande è il campione necessario per confermare in modo affidabile che l'associazione esiste davvero - che questa variante genetica influisce davvero sullo sviluppo della malattia.

Tale lavoro ha ora permesso di rilevare più di una dozzina di delezioni e duplicazioni submicroscopiche associate alla schizofrenia in tutto il genoma (si chiamano CNV - variazioni del numero di copie, una delle CNV causa solo la sindrome di DiGeorge a noi già nota). Per i CNV che causano schizofrenia, l'OD varia da 4 a 60. Questo alti valori, tuttavia, a causa della loro estrema rarità, anche in totale, spiegano tutti solo una piccolissima parte dell'ereditabilità della schizofrenia nella popolazione. Cosa è responsabile dello sviluppo della malattia in tutti gli altri?

Dopo comparativamente tentativi falliti per trovare tali CNV che causerebbero lo sviluppo della malattia in più di pochi casi rari, e in una parte significativa della popolazione, i sostenitori del modello di "mutazione" nutrivano grandi speranze per un diverso tipo di esperimento. Confrontano in pazienti con schizofrenia e controlli sani non la presenza di massicci riarrangiamenti genetici, ma le sequenze complete di genomi o esomi (la totalità di tutte le sequenze codificanti proteine). Tali dati, ottenuti utilizzando il sequenziamento ad alto rendimento, consentono di trovare caratteristiche genetiche rare e uniche che non possono essere rilevate con altri metodi.

L'economicità del sequenziamento ha reso possibile negli ultimi anni condurre esperimenti di questo tipo su campioni piuttosto ampi, comprendenti diverse migliaia di pazienti e altrettanti controlli sani in studi recenti. Qual'è il risultato? Purtroppo, finora è stato trovato solo un gene, in cui rare mutazioni sono associate in modo affidabile alla schizofrenia: questo è il gene SETD1A, che codifica per una delle importanti proteine ​​coinvolte nella regolazione della trascrizione. Come nel caso della CNV, il problema qui è lo stesso: mutazioni nel gene SETD1A non può spiegare alcuna parte significativa dell'ereditabilità della schizofrenia a causa del fatto che sono semplicemente molto rari.

Relazione tra la prevalenza delle varianti genetiche associate (asse orizzontale) e il loro impatto sul rischio di sviluppare la schizofrenia (OR). Nel grafico principale, i triangoli rossi mostrano alcuni dei CNV associati alla malattia identificati finora, i cerchi blu mostrano gli SNP da GWAS. L'incisione mostra aree di varianti genetiche rare e frequenti nelle stesse coordinate.

Ci sono indicazioni che ci siano altre varianti rare e uniche che influenzano la suscettibilità alla schizofrenia. E un ulteriore aumento dei campioni negli esperimenti che utilizzano il sequenziamento dovrebbe aiutare a trovarne alcuni. Tuttavia, mentre lo studio delle varianti rare può ancora fornire alcune informazioni preziose (specialmente queste informazioni saranno importanti per la creazione di modelli cellulari e animali di schizofrenia), la maggior parte degli scienziati ora concorda sul fatto che le varianti rare svolgono solo un ruolo minore nell'ereditabilità. Il modello CV è molto più efficace nel descrivere l'architettura genetica della malattia. La fiducia nella correttezza del modello CV è arrivata prima di tutto con lo sviluppo di studi di tipo GWAS, di cui parleremo in dettaglio nella seconda parte. Insomma, studi di questo tipo hanno scoperto la comunissima variabilità genetica che descrive gran parte dell'ereditabilità della schizofrenia, la cui esistenza era stata prevista dal modello CV.

Un ulteriore supporto per il modello CV per la schizofrenia è la relazione tra il livello di predisposizione genetica alla schizofrenia e i cosiddetti disturbi dello spettro della schizofrenia. Anche i primi ricercatori sulla schizofrenia hanno notato che tra i parenti di pazienti con schizofrenia spesso non ci sono solo altri pazienti con schizofrenia, ma anche personalità "eccentriche" con stranezze di carattere e sintomi simili allo schizofrenico, ma meno pronunciati. Successivamente, tali osservazioni hanno portato al concetto che esiste un intero insieme di malattie caratterizzate da disturbi più o meno pronunciati nella percezione della realtà. Questo gruppo di malattie è chiamato disturbo dello spettro della schizofrenia. A parte varie forme la schizofrenia è una di queste disturbi deliranti, schizotipico, paranoico e disturbo schizoide personalità, disturbo schizoaffettivo e alcune altre patologie. Gottesman, proponendo il suo modello poligenico della schizofrenia, ha suggerito che le persone con valori sottosoglia di predisposizione alla malattia possono sviluppare altre patologie dello spettro schizofrenico e la gravità della malattia è correlata al livello di predisposizione.

Se questa ipotesi è corretta, sarebbe logico presumere che le varianti genetiche risultate associate alla schizofrenia si arricchirebbero anche tra le persone con disturbi dello spettro schizofrenico. Per valutare la predisposizione genetica di ogni individuo viene utilizzato un valore speciale, chiamato livello di rischio poligenico (punteggio di rischio poligenico). Il livello di rischio poligenico tiene conto del contributo totale di tutte le varianti di rischio comuni identificate nel GWAS che sono presenti nel genoma questa persona, in predisposizione alla malattia. Si è scoperto che, come previsto dal modello CV, i valori del livello di rischio poligenico sono correlati non solo con la schizofrenia stessa (che è banale), ma anche con altre malattie dello spettro della schizofrenia, e tipi pesanti i disturbi corrispondono a livelli più elevati di rischio poligenico.

Eppure rimane un problema: il fenomeno dei "vecchi padri". Se gran parte dell'evidenza empirica sostiene il modello poligenico della schizofrenia, come si concilia con esso l'associazione consolidata tra l'età della paternità e il rischio dei bambini di sviluppare la schizofrenia?

Una volta è stata avanzata un'elegante spiegazione di questo fenomeno in termini di modello CV. È stato suggerito che la paternità tardiva e la schizofrenia non sono rispettivamente causa ed effetto, ma sono due conseguenze di una causa comune, vale a dire la predisposizione genetica dei padri defunti alla schizofrenia. Da un lato, un alto livello di suscettibilità alla schizofrenia può essere correlato negli uomini sani con la successiva paternità. D'altra parte, è chiaro che l'elevata predisposizione di un padre predetermina una maggiore probabilità che i suoi figli sviluppino la schizofrenia. Risulta che possiamo affrontare due correlazioni indipendenti, il che significa che l'accumulo di mutazioni nei precursori degli spermatozoi maschili potrebbe non avere quasi alcun effetto sullo sviluppo della schizofrenia nella loro prole. Recenti risultati di modellazione, tenendo conto dei dati epidemiologici, nonché di nuovi dati molecolari sulla frequenza di nuovo le mutazioni sono in buon accordo con questa spiegazione del fenomeno dei "vecchi padri".

Pertanto, al momento possiamo presumere che non ci siano quasi argomenti convincenti a favore del modello RV "mutazionale" della schizofrenia. Quindi la chiave dell'eziologia della malattia risiede in quale particolare insieme di polimorfismi comuni provoca la schizofrenia secondo il modello CV. Come i genetisti stanno cercando questo set e cosa hanno già scoperto sarà l'argomento della seconda parte della nostra storia.