Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,580

ДУПЛИКАЦИЯ ГЕНА EDA У МАЛЬЧИКА С РАССТРОЙСТВОМ АУТИСТИЧЕСКОГО СПЕКТРА И ЗАДЕРЖКОЙ РАЗВИТИЯ: МОЛЕКУЛЯРНО-ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКОЕ, БИОИНФОРМАТИЧЕСКОЕ И ПСИХОЛОГИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РЕДКОЙ ГЕНОМНОЙ ПАТОЛОГИИ

Зеленова М.А. 1, 2, 3 Ворсанова С.Г. 1, 2, 3 Юров Ю.Б. 1, 2, 3 Куринная О.С. 1, 2, 3 Воинова В.Ю. 1, 2, 3 Юров И.Ю. 1, 2, 4
1 ФГБНУ «Научный центр психического здоровья»
2 Обособленное структурное подразделение «Научно-исследовательский клинический институт педиатрии имени академика Ю.Е. Вельтищева» ГБОУ ВПО РНИМУ им. Н.И. Пирогова Минздрава России
3 Московский государственный психолого-педагогический университет
4 Российская медицинская академия непрерывного профессионального образования Минздрава России
В работе представлено описание мальчика 6 лет 10 месяцев с выраженной задержкой психоречевого развития, аутистическими проявлениями и другими аномалиями развития. Цитогенетическим исследованием с применением дифференциального окрашивания хромосом по длине аномалий не обнаружено. Молекулярное кариотипирование (array CGH) выявило CNV в участках Xq13.1, 10q26.13 и 17q21.31. Для определения вклада CNV в нарушение психики у ребенка был проведен биоинформатический анализ. В участке Xq13.1 локализован ген EDA, нарушение функционирования которого связано с эктодермальной дисплазией и недоразвитием (агенезией) зубов. Среди других CNV были выделены гены DHX8 (вовлечен в эмбриогенез и клеточный рост), ETV4 (активирует промоторы различных матричных металлопротеиназ), MEOX1 (играет роль в регуляции развития первичных сегментов тела). Психологические особенности ребенка были оценены с помощью специальных методик. Результат по оценочной шкале раннего детского аутизма CARS соответствовал тяжелой степени аутизма, психолого-образовательный тест (PEP) позволил определить общий психологический возраст ребенка и развитие пациента в различных функциональных сферах. Выявлена ассоциация аутистических проявлений и эктодермальной дисплазии с геном EDA. Показано, что комплекс современных молекулярно-цитогенетических, биоинформатических и психологических методов способствует выявлению причин нарушений развития психики при геномных перестройках, что в свою очередь является основой для разработки терапевтических стратегий.
расстройство аутистического спектра
задержка психоречевого развития
ген EDA
array CGH
CNV
биоинформатический анализ
1. Ворсанова С.Г., Юров Ю.Б., Сильванович А.П. и др. Современные представления о молекулярной генетике и геномике аутизма. // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 4–2. – С. 356–367.
2. Ворсанова С.Г., Юров И.Ю., Куринная О.С. и др. Молекулярное кариотипирование: проблемы диагностики моногенных заболеваний без выявленных мутаций на примере синдромов аутистических расстройств (синдром Ретта). // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 11–2. – С. 324–328.
3. Юров И.Ю., Ворсанова С.Г., Юров Ю.Б. Современные достижения в молекулярно-цитогенетической диагностике наследственных болезней. // Клиническая лабораторная диагностика. – 2005. – № 11. – С. 21.
4. Юров И.Ю., Ворсанова С.Г., Зеленова М.А. и др. Биоинформатическая технология оценки функциональных последствий геномных вариаций. // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 2–19. – С. 4209–4214.
5. Юров И.Ю., Ворсанова С.Г., Юров Ю.Б. Геномные и хромосомные болезни центральной нервной системы: молекулярные и цитогенетические аспекты. – М.: Издательство: Медпрактика-М, 2014. – 384 с.
6. Юров И.Ю., Ворсанова С.Г., Коростелев С.А и др. Структурные вариации генома при аутистических расстройствах с умственной отсталостью. // Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. – 2016. – Т. 116. – № 7. – С. 50–54.
7. Coe B.P., Witherspoon K., Rosenfeld J. A. et al. Refining analyses of copy number variation identifies specific genes associated with developmental delay. // Nature genetics. – 2014. – Том 46. – № 10. – С. 1063–1071.
8. Gaide O., Schneider P. Permanent correction of an inherited ectodermal dysplasia with recombinant EDA. // Nature medicine. – 2003. – Т. 9. – № 5. – С. 614–618.
9. Iourov I.Y., Vorsanova S.G., Voinova V.Y., Yurov Y.B. 3p22.1p21.31 microdeletion identifies CCK as Asperger syndrome candidate gene and shows the way for therapeutic strategies in chromosome imbalances. // Molecular Cytogenetics. – 2015. – 8:82.
10. Iourov I.Y., Vorsanova S.G., Korostelev S.A. et al. Long contiguous stretches of homozygosity spanning shortly the imprinted loci are associated with intellectual disability, autism and/or epilepsy. // Molecular Cytogenetics. – 2015. – 8:77.
11. Iourov I.Y., Vorsanova S.G., Yurov Y.B. In silico molecular cytogenetics: a bioinformatic approach to prioritization of candidate genes and copy number variations for basic and clinical genome research. // Molecular Cytogenetics. – 2014. – 7(1):98.
12. Iourov I.Y., Vorsanova S.G., Kurinnaia O.S. et al. Molecular karyotyping by array CGH in a Russian cohort of children with intellectual disability, autism, epilepsy, and congenital anomalies. // Molecular Cytogenetics. – 2012. – 5(1):46.
13. Iourov I.Y., Vorsanova S.G., Liehr T. et al. Increased chromosome instability dramatically disrupts neural genome integrity and mediates cerebellar degeneration in the ataxia-telangiectasia brain. // Human Molecular Genetics. – 2009. – Т.18. – № 14. – С. 2656–2669.
14. Iourov I.Y., Vorsanova S.G., Yurov Y.B. Single cell genomics of the brain: focus on neuronal diversity and neuropsychiatric diseases. // Current Genomics. – 2012. – Т.13. – № 6. – С. 477–488.
15. Kearney H.M., Thorland E.C., Brown K.K., et al. American College of Medical Genetics standards and guidelines for interpretation and reporting of postnatal constitutional copy number variants // Genetics in Medicine. – 2011. – Т. 13. – № 7. – С. 680–685.
16. Levy S., Sutton G., Ng P. C. et al. The diploid genome sequence of an individual human. // PLoS Biol. – 2007. – 5(10) – e254.
17. Mikkola M.L., Thesleff I. Ectodysplasin signaling in development. // Cytokine Growth Factor Rev. – 2003. – № 14(3–4). – C. 211–24.
18. Shaikh T.H., Gai X., Perin J.C., et al. High-resolution mapping and analysis of copy number variations in the human genome: a data resource for clinical and research applications. // Genome research. – 2009. – T. 19. – № 9. – C. 1682–1690.
19. Vorsanova S.G., Yurov Y.B., Iourov I.Y. Neurogenomic pathway of autism spectrum disorders: linking germline and somatic mutations to genetic-environmental interactions. // Current Bioinformatics. – 2017. – Т. 12. – № 1. – С.19–26.
20. Wieland I., Weidner C., Ciccone R et al. Contiguous gene deletions involving EFNB1, OPHN1, PJA1 and EDA in patients with craniofrontonasal syndrome. // Clinical genetics. – 2007. – Т. 72. – № 6. – C. 506–516.
21. Yurov Y.B., Vorsanova S.G., Iourov I.Y. Network-based classification of molecular cytogenetic data. // Current Bioinformatics. – 2017. – Т. 12. – № 1. – С. 27–33.

Молекулярное кариотипирование, рекомендованное к проведению в случаях нарушения, врожденных пороков и микроаномалий развития, может выявлять генетическую причину заболеваний психики примерно в 50 % случаев [5, 6, 12]. Данные об изменениях генома, полученные с помощью array CGH или SNP array, анализируются для определения частоты встречаемости перестроек в различных выборках, вовлеченности генов в геномные сети, межбелковых взаимодействий, экспрессии генов и других параметров [4, 10, 11]. Интерпретация результатов данного метода, позволяющая получить наиболее полную картину последствий нарушений генома у пациента, осуществляется при помощи биоинформатического подхода. Необходимость определения патогенных и непатогенных вариаций среди большого числа CNV, а также оценки возможных последствий нарушения работы локализованных в них генов, делает биоинформатическую технологию незаменимым методом интерпретации вариаций генома [9, 14, 19, 20]. Описание индивидуумов с нарушениями генома при помощи клинических методов диагностики и психологических методов позволяет составить представление о поврежденных и сохранных функциях пациента [2, 3, 13, 20]. Применение психологических методик играет значимую роль в случае наличия нарушений психики, в частности, умственной отсталости и расстройств аутистического спектра, у индивидуума с нарушением генома. Оценка степени выраженности нарушения интеллекта и поведения необходима при описании изменений молекулярных процессов. Обобщая данные, полученные при помощи молекулярно-генетических и психологических методик, можно определить терапевтическую стратегию и разработать план психологической коррекции с учетом особенностей отдельного пациента. Индивидуальный подход и комплексный анализ обеспечивают реализацию персонифицированного подхода, который в настоящее время признается передовым в медицинской практике [1, 9].

Цель исследования

Целью исследования являлось выявление генетических и психологических нарушений у ребенка с выраженной задержкой психоречевого развития, аутистическими проявлениями и микроаномалиями развития.

Материалы и методы исследования

Материалом исследования являлись клетки крови ребенка 6 лет 10 месяцев. При цитогенетическом исследовании применяли методы дифференциального окрашивания хромосом по длине (G- и C- окрашивание). Молекулярное кариотипирование проводилось с использованием чипа фирмы Perkin Elmer (Cоnstitutiоnal Сhip® 4.0), с разрешением сканирования генома до 0,5 млн пн. Начальное определение статуса CNV (непатогенные, вероятно непатогенные, вероятно патогенные, патогенные вариации генома) проводилось согласно рекомендациям Американского Колледжа Медицинской Генетики [15]. Биоинформатический анализ проводился по описанной ранее оригинальной технологии [4, 11], суть которой заключалась в использовании методов отбора генов, основывающихся на геномных/эпигеномных базах данных, и стратегий ранжирования различных функциональных особенностей генов, данные о которых были получены из электронных ресурсов. Отбор генов проводился согласно функции, экспрессии, интерактому, данным о непатогенных вариациях и протеомных сетях (последствия мутации на уровне белка, межбелковые взаимодействия). Совмещая информацию, полученную из баз данных, с фенотипическими проявлениями пациентов, получали возможность идентифицировать гены – кандидаты [21]. Психологические параметры (степень выраженности аутистических проявлений и психологический возраст ребенка) оценивались с помощью оценочной шкалы раннего детского аутизма (Childhood Autism Rating Scale, CARS) и психолого-образовательного теста (Psychoeducational profile, PEP).

Результаты исследования и их обсуждение

Мальчик 6 лет 10 месяцев (82 месяца) был направлен на генетическое консультирование с выраженной задержкой психоречевого развития и аутистическими проявлениями. У ребенка также отмечались оттопыренные ушные раковины, двигательные нарушения по спастическому типу в нижних конечностях, высокое физическое развитие, эктодермальная дисплазия, шалевидная мошонка, уменьшение гениталий, неправильный прикус и нарушение развития зубов. Ребенок родился на 36 неделе беременности от первых физиологических родов, массой тела 3200 г и длиной 52 см, от здоровых родителей 30 лет, не состоящих в кровнородственном браке.

При цитогенетическом исследовании хромосомных аномалий обнаружено не было. Молекулярное кариотипирование выявило вероятно патогенные CNV в виде дупликации участка Xq13.1(68,969,384-69,105,568, размер: 136184 пн), делеции 10q26.13(127,147,986-127,307,264, размер: 159278 пн) и дупликации 17q21.31(41,559,185-41,734,030 размер: 174845 пн). Для определения молекулярных механизмов нарушения психики у ребенка был проведен биоинформатический анализ. В участке Xq13.1 находится ген EDA, нарушение функционирования которого связано с эктодермальной дисплазией и агенезией зубов [8]. Ген EDA вовлечен в различные геномные сети: взаимодействие цитокинов, связывание белков, иммунная система, сигнальные пути цитокинов в иммунной системе, дифференциация эктодермы, связывание рецепторов. Белок, кодируемый данным геном, принадлежит к семейству фактора некроза опухолей и участвует в процессах внутриутробного развития органов эктодермального происхождения [17]. Ранее были описаны вероятно патогенные и непатогенные делеции и инверсии, затрагивающие данный участок [16, 18], однако похожих дупликаций выявлено не было. В некоторых исследованиях, рассматривающих клинические проявления при делеции c вовлечением данного гена, отмечаются задержка психомоторного и психоречевого развития, но не аутистические проявления [20]. Ген EDA взаимодействует с генами EDA2R и EDAR, которые служат промежуточным звеном для активации транскрипционного фактора NF-κB (nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells) и c-Jun N-терминальной киназы (JNK). В процессе передачи сигнала по пути SAPK (stress-activated protein kinase, протеин-киназа, активируемая стрессом)/JNK регулируется активность многих факторов транскрипции. NF-κB – это белковый комплекс, контролирующий транскрипцию, выработку цитокинов и жизнеспособность клетки. В связи с вовлеченностью гена EDA в геномные сети, имеющие отношение к цитокинам, стоит отметить, что цитокины являются межклеточными регуляторами и мобилизаторами клеток, участвующих в воспалительных процессах, а также процессах клеточного роста, дифференциации, гибели клеток, ангиогенеза и процессов развития и репарации, приводящих к восстановлению гомеостаза [17]. Обращая внимание на наличие у пациента эктодермальной дисплазии и нарушения развития зубов, можно предположить, что дупликация этого гена с высокой вероятностью имеет соответствующие фенотипические проявления. Нарушение функционирования головного мозга, как органа, развивающегося из эктодермы, вероятно, может быть следствием дупликации гена EDA, однако необходимо также иметь в виду гены, локализованные в участках других вероятно патогенных CNV. В участке делеции 10q26.13 гены, индексированные в OMIM, не выявлены. Дупликация 17q21.31 затрагивает гены DHX8, ETV4, MEOX1. Ген DHX8 предположительно вовлечен в эмбриогенез, рост и деление клетки; ген ETV4 активирует промоторы различных матриксных металлопротеиназ, а MEOX1 играет роль в регуляции развития первичных сегментов тела (сомитов) (таблица). Описаны дупликации в данном участке в контрольной группе [7]. Таким образом, результаты биоинформатического анализа позволяют предположить, что клинические проявления и нарушения психики у ребёнка обусловлены дупликацией гена EDA. Нарушения психики в виде особенностей когнитивного развития, снижения психологического возраста и тяжести аутистических проявлений ребенка были оценены с помощью психологических методик. Результат оценки мальчика по шкале раннего детского аутизма (CARS) был равен 38 баллам, что соответствует тяжелой степени аутизма. На обследовании ребенок демонстрировал стереотипные движения в виде раскачиваний, потирания и закрывания ушей. Внимание на предмете удерживал практически исключительно совместно со взрослым. На обращенную речь реагировал избирательно, откликался на имя и выполнял простые просьбы. Экспрессивная речь отсутствовала. Желания выражал изменением поведения, плачем. Психолого-образовательный тест PEP позволил определить общий психологический возраст ребенка, который находился в промежутке от 19 до 22 месяцев, и развитие пациента в различных функциональных сферах, соответствовавшее следующему возрасту: имитация 18–24 месяца, восприятие 13–20 месяцев, мелкая моторика – 21–24 месяца, когнитивные представления– 20–24 месяца, крупная моторика 19–27 месяцев, зрительно – моторная координация 0–17 месяцев, когнитивные представления – вербальная сфера 0–23 месяца (рисунок). Таким образом, данные обследования мальчика 6 лет 10 месяцев с применением психологических методик позволили определить снижение психологического возраста ребёнка, тяжесть аутистических проявлений. Молекулярное кариотипирование и биоинформатический анализ позволили выявить предполагаемую генетическую причину нарушений.

zel1.tif

А Б

Результаты обследования ребенка с помощью шкалы CARS (A) психолого-педагогического теста PEP (Б). Возраст ребенка указан в месяцах, биологический возраст на момент исследования составлял 82 месяца

Описание выявленных CNV и локализованных в них генов

Аномалия генома

Ген

Геномные сети, выявленные при помощи трех баз данных

Ассоциированное заболевание (по OMIM*)

Функция гена

KEGG*

Reactome*

Gene Ontology*

Дупликация Xq13.1

размер: 136184 пн

EDA

Цитокинцитокин взаимодействия

(hsa04060)

Иммунная система

(R-HSA-168256)

Cвязывание различных рецепторов и белков, в том числе фактора некроза опухоли (GO:0005102, GO:0005164, GO:0005515)

Агенезия зубов (313500), эктодермальная дисплазия (305100)

Кодируемый белок принадлежит к семейству фактора некроза опухолей и может быть вовлечен в передачу сигналов от клетки к клетке в процессе развития органов эктодермального происхождения.

Делеция 10q26.13

размер: 159278 пн

Гены, индексированные в OMIM, не выявлены.

Дупликация

17q21.31

размер: 174845 пн

DHX8

Сплайсосома

(hsa03040)

Связывание АТФ, различных белков, РНК (GO:0005524, GO:0005515, GO:0003723), регуляция активности АТФ-зависимой РНК хеликазы (GO:0004004) и сплайсинга мРНК (GO:0000398)

Относится к генам, регулирующим деление клетки. Вероятно, функционирует как АТФ-зависимая РНК-хеликаза, регулирующая высвобождение мРНК из сплайсосом после сплайсинга, до экспорта из ядра. Этот белок (вероятно) принимает участие в репликации вируса иммунодефицита человека типа 1.

ETV4

Нарушение регуляции транскрипции при онкологических заболеваниях (hsa05202)

Сигнальный путь MAPK6/MAPK4

(R-HSA-5687128)

Специфичное связывание и активация транскрипции ДНК проксимального участка основного промотора РНК полимеразы II (GO:0000978, GO:0001077); связывание различных белков (GO:0005515); регуляция процессов, происходящих в ядре клетки (GO:0005634), нуклеоплазме (GO:0005654), ядрышке (GO:0005730); регуляция транскрипции с промотора РНК полимеразы II (GO:0006366) и аксонального наведения в моторных нейронах (GO:0008045)

Является регулятором транскрипции и участвует в различных процессах, включая рост нейронов, развитие молочных желез. Наблюдается повышенная экспрессия данного гена в опухолях различных типов.

MEOX1

Специфичное связывание ДНК (GO:0001046) и проксимального участка основного промотора РНК полимеразы II (GO:0001077); регуляция развития первичных сегментов тела (сомитов) (GO:0001757); связывание хроматина (GO:0003682); специфичное связывание ДНК с фактором транскрипции (GO:0003700) и связывание различных белков (GO:0005515)

Синдром Клиппеля-Фейля

(214300)

Кодируемый белок участвует в молекулярной сети, играющей роль в регуляции развития первичных сегментов тела (сомитов).

Примечание. * KEGG: Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (http://www.genome.jp/kegg/); Reactome (http://www.reactome.org/pages/about/); Gene ontology: Gene ontology Consortium (http://www.geneontology.org/); OMIM: Online Mendelian Inheritance in Man (https://www.omim.org/).

Заключение

Биоинформатический анализ результатов молекулярного кариотипирования описываемого пациента с выраженной задержкой психоречевого развития, аутистическими проявлениями, эктодермальной дисплазией, нарушением развития зубов и другими микроаномалиями развития показал, что вышеперечисленные нарушения вероятнее всего ассоциированы с дупликацией гена EDA, который ранее был связан с эктодермальной дисплазией и агенезией зубов. Психологические методики позволили определить степень аутистических проявлений как тяжелую, а психологический возраст ребёнка составил 19–22 месяца (реальный возраст ребёнка соответствовал 82 месяцам). Дупликации, затрагивающие ген EDA, никогда ранее не были описаны у пациентов с аутистическими проявлениями и умственной отсталостью/задержкой развития. Настоящая работа показывает, что комплекс современных молекулярно-цитогенетических, биоинформатических и психологических методов способствует выявлению генетических причин психических заболеваний и адекватной оценке нарушений психики при геномных перестройках, что в свою очередь является основой для разработки терапевтических стратегий.

Исследование осуществлено при частичной финансовой поддержке Российского Фонда Фундаментальных Исследований (грант № 17-04-01366 А).


Библиографическая ссылка

Зеленова М.А., Ворсанова С.Г., Юров Ю.Б., Куринная О.С., Воинова В.Ю., Юров И.Ю. ДУПЛИКАЦИЯ ГЕНА EDA У МАЛЬЧИКА С РАССТРОЙСТВОМ АУТИСТИЧЕСКОГО СПЕКТРА И ЗАДЕРЖКОЙ РАЗВИТИЯ: МОЛЕКУЛЯРНО-ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКОЕ, БИОИНФОРМАТИЧЕСКОЕ И ПСИХОЛОГИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РЕДКОЙ ГЕНОМНОЙ ПАТОЛОГИИ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2017. – № 7-1. – С. 97-101;
URL: http://www.applied-research.ru/ru/article/view?id=11701 (дата обращения: 26.02.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074