Введение
Одной из наиболее характерных современной медицины на рубеже столетий является интенсивное развитие молекулярной генетики и методов ДНК-анали- за. Это явилось результатом серии фундаментальных открытий и разработки ряда новаторских технологий в соответствующих областях биологической науки, а также успешной реализацией Международной программы Л сном человека», имевшей целью идентификацию всего человеческого генома. Обществу еще только предстоит оценить и в полной мере осмыслить грандиозное значение полной расшифровки наследственного материала человека, но уже сегодня это событие по своим общетеоретическим и практическим последствиям приравнивается к открытию электричества и атомной энергии или выходу человечества в космос [Киселев Л.Л., 2000]. Накопленная совокупность знаний позволяет говорить о переходе медицинской науки и практики на принципи- ыьно новый, молекулярный уровень изучения патологии человека - уровень, связанный с анализом патоло- . ¦/теской анатомии генома человека [Пузырев В.П., Степанов В.А., 1997; McKusick V., Amberger J., 1993]. Указанный подход знаменуется не только глубоким постижением молекулярных основ наследственных заболеваний, но и разработкой надежных методов их генодиагностики, активной профилактики и генной терапии | Beaudet А., 1999]. Более того, именно на основе техно- югий молекулярной генетики и молекулярной биоло- I ип возможен прорыв в решении таких ключевых про- »gt;нем современной медицины, как онкогенез, сердечно- i осудистые заболевания, сахарный диабет, старение и др.
В настоящее время не вызывает сомнений тот фа к г что ориентация в области «молекулярной медици
ны», знание ее потенциала, основных принципов и методов исследования являются абсолютно необходимыми для врача любой специальности, вступающего в XXI век.
Одним из разделов клинической медицины, наиболее ярко демонстрирующим современные возможности молекулярной генетики, является неврология [Иванова-Смоленская И. А., 1996; Evans G., 1998]. Это объясняется исключительной сложностью генетической организации функций мозга, высокой степенью дифферен- цировки и «энергетической ранимости» нейронов и, как следствие — их частым вовлечением в патологический процесс при наследственно обусловленных системных заболеваниях, метаболических расстройствах и повреждениях структурных белков клетки. Исследования в области молекулярной генетики представляют особую актуальность в связи с высоким удельным весом нейроге- редитарных заболеваний в общей структуре неврологической патологии, глубокой инвалидизацией больных с прогрессирующей психической и физической дезадаптацией, а также фатальным течением этих тяжелых и в большинстве случаев неизлечимых страданий.
Разнообразные методы ДНК-анализа заняли свое прочное место в исследовательском арсенале клинической неврологии с начала 90-х годов XX столетия. К настоящему времени известно уже более 300 наследственных заболеваний нервной системы, для которых полностью расшифрованы первичные молекулярные дефекты или установлена хромосомная локализация мутантных генов. К числу таких заболеваний относятся большое число форм прогрессирующих мышечных дистрофий и врожденных миопатий, наследственные спиноцеребел- лярные атаксии, наследственные спастические параплегии, спинальные амиотрофии. наследственные моторные ii сенсорные невропатии, наиболее частые наследственные заболевания экстрапирамидной системы (хорея Ген- 11 питона, эссенциальный тремор, торсионная дистония, болезнь Вильсона-Коновалова), митохондриальные эн- 11.сфаломиопатии и др. По существу, на фоне этих откры- I ий происходит коренное преобразование идеологии и методических возможностей нейрогенетики и ряда дру- | их разделов клинической неврологии. Наиболее ярким отражением достигнутого прогресса стало появление новейших и надежных методов диагностики, основанных на ДНК-тестировании и идентификации конкретных генетических дефектов, лежащих в основе болезни.
’ )¦то, в свою очередь, повлекло за собой изменение базо- г.[ IX принципов систематизации наследственных заболеваний нервной системы и пересмотр всей номенклатуры этих заболеваний. Существенно изменились шэин-
Следует особенно отметить, что успехи «молеку- нярной медицины» относятся не только к узкой области наследственных моногенных заболеваний нервной сис- I емы. Напротив, они имеют широкое общеклиническое шачение и чрезвычайно важны для понимания патогенеза наиболее частых мультифакториальных болезней мозга. При этом моногенные болезни выступают в качестве своеобразных моделей для изучения близких к ним спорадических (наиболее частых) форм соответствующих заболеваний. Как пример можно привести опыт изучения болезней Паркинсона и Альцгеймера. Как известно, идиопатическим паркинсонизмом страдают не менее 1% лиц старше 60 лет, а болезнь Альцгеймера является ведущей причиной деменции в современном обществе. В последние годы было показано, что не менее 10% всех случаев болезней Паркинсона и Альцгеймера носят наследственный характер и обусловлены повреждениями нескольких недавно открытых ядерных генов, имеющих отношение к процессам нейронального транспорта и внутриклеточного протеолиза нейрональных белков. Поскольку ключевые звенья патогенеза наследственных и спорадических случаев болезней Паркинсона и Альцгеймера могут быть весьма сходными, дальнейшее изучение молекулярной основы семейных форм будет способствовать раскрытию интимных патогенетических механизмов спорадических случаев этих заболеваний, представляющих собой актуальнейшую проблему современной неврологии. Аналогичным образом, известные на сегодня наследственные формы эпилепсии, цереброваскулярных заболеваний, бокового амиотрофического склероза и т.д. служат своеобразным «мостиком», позволяющим на основе молекулярных технологий подходить к изучению патогенеза этих широко распространенных заболеваний нервной системы. Все это дает надежду на разработку новых эффективных методов их лечения и профилактики.
Таким образом, достигнутый прогресс в данной области исследований изменяет само мышление невпо- логов и диктует настоятельную необходимость более iKTHBHoro внедрения достижений молекулярной генетики в повседневную практику. Между тем, до настоящего времени приходится констатировать существование значительных пробелов в преподавании основ молекулярной генетики и молекулярной биологии в медицинских вузах нашей страны. Клинические неврологи плохо знакомы с современными возможностями молекулярной медицины даже в рамках своей основной специальнос- . и. Несмотря на то, что количество публикаций, посвященных анализу генов наследственных болезней нервной системы, носит характер «информационного взрыва», подавляющее число этих работ опубликовано в новейших зарубежных журналах, в большинстве случаев недоступных для практического врача. Это тем более обидно, поскольку в настоящее время в России существует практическая возможность генодиагностики основных наиболее распространенных наследственных заболеваний нервной системы. Такая диагностика проводится на базе специализированных лабораторий нескольких ведущих научных центров страны, среди которых в первую очередь можно назвать НИИ неврологии РАМН (Москва), Институт молекулярной генетики РАН (Москва), Медико-генетический научный центр РАМН (Москва), Институт акушерства и гинекологии им. Д.О. Отта РАМН (Санкт-Петербург), Уфимский научный центр РАН (Уфа), НИИ медицинской генетики Сибирского отделения РАМН (Томск).
В отечественной литературе в последние годы были опубликованы отдельные обзоры и монографии, посвященные тем или иным вопросам молекулярной диагностики и генотерапии наследственных заболеваний. Выход ряда из этих книг, хотя и весьма ограниченным тиражом [Шишкин С.С., Калинин В.Н., 1992; Пузырев В.П., Степанов В.А., 1997; Горбунова В.Н.,
Баранов В.С., 1997; Горбунова В.Н., 1999], стал заметным событием для нашей страны и позволяет рекомендовать их в качестве незаменимых пособий для врачей любых специальностей. Однако подавляющая часть доступной для отечественного читателя литературы по данной проблеме носит либо общий ознакомительный характер, либо адресована главным образом врачам-гене- тикам и специалистам в области молекулярной биологии. Принимая во внимание ту особую роль, которую играют нейрогенетика и нейронауки в общем прогрессе современной молекулярной медицины, следует признать назревшую необходимость появления отдельной монографии, посвященной теоретическим и практическим аспектам ДНК-диагностики в неврологии и ориентированной на практических врачей-неврологов. Такая книга перед вами, читатель.
В настоящей монографии авторами предпринята попытка обобщения уникального опыта в области ДНК- диагностики и медико-генетического консультирования при наследственных заболеваниях нервной системы, накопленного в нейрогенетическом отделении НИИ неврологии РАМН. Нейрогенетическое отделение Института, созданное в 1964 году Романом Александровичем Ткачевым, стало первым в мире специализированным клиническим отделением данного профиля, из недр которого выросла ведущая школа нейрогенетики в нашей стране. Данное отделение продолжило традиции изучения наследственных и дегенеративных заболеваний нервной системы, заложенные основателем Института неврологии, выдающимся отечественным неврологом Николаем Васильевичем Коноваловым. Приоритетный вклад Н.В. Коновалова в изучение одного из тяжелейших наследственных заболеваний нервной системы - гепато- лентикулярной дегенерации - признан во всем мире и по праву отражен в общепринятом названии данной болезни (болезнь Вильсона-Коновалова). За 35-летнюю историю существования нейрогенетического отделения Института неврологии под его наблюдением находились свыше 1500 семей, отягощенных различными моноген- ными наследственными заболеваниями центральной и периферической нервной системы. Сотрудниками отделения описан ряд новых форм наследственных неврологических заболеваний, детально изучены вопросы фенотипического полиморфизма и биохимических звеньев патогенеза и на этой основе разработаны новые методы диагностики и лечения этих тяжелых страданий. В 1994 году при отделении была создана специализированная ДНК-лаборатория, что ознаменовало собой начало нового этапа в изучении наследственных заболеваний нервной системы, связанного с внедрением наиболее современных молекулярно-генетических технологий. На протяжении последних 5 лет работа отделения в области ДНК-диагностики, картирования генов и клинико-молекулярных сопоставлений проводилась в тесном сотрудничестве с рядом ведущих российских и зарубежных научных центров. Авторы хотели бы выразить особую благодарность за плодотворную совместную работу коллективу сотрудников отдела молекулярных основ генетики человека Института молекулярной генетики РАН (руководитель отдела Лауреат Государственной премии РФ, доктор биологических наук, профессор С.А. Лим- борская, ведущий научный сотрудник кандидат биологических наук П.А. Сломинский). Важным для становления данного направления исследований стало для нас сотрудничество с молекулярным центром Гарвардского университета в Бостоне (профессор Х.О. Breakefield), неврологическим отделом Колумбийского университета в Нью-Йорке (профессора М. Brin, S. Fahn), отделением неврологии Института мозга Университета г. Ниигаты в Японии (профессор S. Tsuji), молекулярной лабораторией Отдела патологии нейронов Национального Института Здоровья и Медицинских Исследований в Париже (профессор A. Brice).
Разумеется, освоение принципов и идеологии ДНК-диагностики невозможно без твердых базовых знаний об основных закономерностях строения генома и молекулярных основах рассматриваемых групп заболеваний человека. В связи с этим в настоящей монографии представлен ряд обзорных разделов, посвященных общим принципам генеалогического анализа, организации генетического материала клетки, основным методам ДНК-диагностики, геномной классификации наследственных болезней нервной системы. В частных разделах монографии обобщаются современные представления о молекулярной генетике наиболее распространенных наследственных болезней нервной системы, для которых разработаны методы ДНК-диагностики.
Приложение включает сводный каталог генов нейрогередитарных заболеваний (по состоянию на конец 2001 года), современную номенклатуру мутаций, а также краткий словарь генетических терминов, существенно облегчающий восприятие материала. Таким образом, предлагаемая монография, помимо общего знакомства с проблемой ДНК-диагностики, может в определенном смысле служить руководством по молекулярной неврологии для практических неврологов и врачей других специально стей.
Издание настоящей книги, впервые обобщающей результаты исследований в новой бурно развивающейся области неврологии, является вкладом ученых НИИ неврологии РАМН в недавно завершившуюся Программу «Десятилетие мозга» (1990-2000 гг.).
В настоящее время не вызывает сомнений тот фа к г что ориентация в области «молекулярной медици
ны», знание ее потенциала, основных принципов и методов исследования являются абсолютно необходимыми для врача любой специальности, вступающего в XXI век.
Одним из разделов клинической медицины, наиболее ярко демонстрирующим современные возможности молекулярной генетики, является неврология [Иванова-Смоленская И. А., 1996; Evans G., 1998]. Это объясняется исключительной сложностью генетической организации функций мозга, высокой степенью дифферен- цировки и «энергетической ранимости» нейронов и, как следствие — их частым вовлечением в патологический процесс при наследственно обусловленных системных заболеваниях, метаболических расстройствах и повреждениях структурных белков клетки. Исследования в области молекулярной генетики представляют особую актуальность в связи с высоким удельным весом нейроге- редитарных заболеваний в общей структуре неврологической патологии, глубокой инвалидизацией больных с прогрессирующей психической и физической дезадаптацией, а также фатальным течением этих тяжелых и в большинстве случаев неизлечимых страданий.
Разнообразные методы ДНК-анализа заняли свое прочное место в исследовательском арсенале клинической неврологии с начала 90-х годов XX столетия. К настоящему времени известно уже более 300 наследственных заболеваний нервной системы, для которых полностью расшифрованы первичные молекулярные дефекты или установлена хромосомная локализация мутантных генов. К числу таких заболеваний относятся большое число форм прогрессирующих мышечных дистрофий и врожденных миопатий, наследственные спиноцеребел- лярные атаксии, наследственные спастические параплегии, спинальные амиотрофии. наследственные моторные ii сенсорные невропатии, наиболее частые наследственные заболевания экстрапирамидной системы (хорея Ген- 11 питона, эссенциальный тремор, торсионная дистония, болезнь Вильсона-Коновалова), митохондриальные эн- 11.сфаломиопатии и др. По существу, на фоне этих откры- I ий происходит коренное преобразование идеологии и методических возможностей нейрогенетики и ряда дру- | их разделов клинической неврологии. Наиболее ярким отражением достигнутого прогресса стало появление новейших и надежных методов диагностики, основанных на ДНК-тестировании и идентификации конкретных генетических дефектов, лежащих в основе болезни.
’ )¦то, в свою очередь, повлекло за собой изменение базо- г.[ IX принципов систематизации наследственных заболеваний нервной системы и пересмотр всей номенклатуры этих заболеваний. Существенно изменились шэин-
- и 1пы медико-генетического консультирования: благодаря ].(I IK-диагностике у неврологов появилась возможность раннего выявления носителей мутантного гена и в ряде случаев проведения превентивной терапии на пресимп- юматической стадии болезни. Более того, проведение
- ренатальной ДНК-диагностики позволяет в настоящее время достоверно оценивать генетический статус плода п при необходимости рекомендовать прерывание беременности, способствуя профилактике повторных случаев заболевания в отягощенных семьях. Новейшей страницей профилактики наследственной неврологической | т'ологии является разработка методов преимплантаци- опной Д1 IK-диагностики (см. главу 5).
Следует особенно отметить, что успехи «молеку- нярной медицины» относятся не только к узкой области наследственных моногенных заболеваний нервной сис- I емы. Напротив, они имеют широкое общеклиническое шачение и чрезвычайно важны для понимания патогенеза наиболее частых мультифакториальных болезней мозга. При этом моногенные болезни выступают в качестве своеобразных моделей для изучения близких к ним спорадических (наиболее частых) форм соответствующих заболеваний. Как пример можно привести опыт изучения болезней Паркинсона и Альцгеймера. Как известно, идиопатическим паркинсонизмом страдают не менее 1% лиц старше 60 лет, а болезнь Альцгеймера является ведущей причиной деменции в современном обществе. В последние годы было показано, что не менее 10% всех случаев болезней Паркинсона и Альцгеймера носят наследственный характер и обусловлены повреждениями нескольких недавно открытых ядерных генов, имеющих отношение к процессам нейронального транспорта и внутриклеточного протеолиза нейрональных белков. Поскольку ключевые звенья патогенеза наследственных и спорадических случаев болезней Паркинсона и Альцгеймера могут быть весьма сходными, дальнейшее изучение молекулярной основы семейных форм будет способствовать раскрытию интимных патогенетических механизмов спорадических случаев этих заболеваний, представляющих собой актуальнейшую проблему современной неврологии. Аналогичным образом, известные на сегодня наследственные формы эпилепсии, цереброваскулярных заболеваний, бокового амиотрофического склероза и т.д. служат своеобразным «мостиком», позволяющим на основе молекулярных технологий подходить к изучению патогенеза этих широко распространенных заболеваний нервной системы. Все это дает надежду на разработку новых эффективных методов их лечения и профилактики.
Таким образом, достигнутый прогресс в данной области исследований изменяет само мышление невпо- логов и диктует настоятельную необходимость более iKTHBHoro внедрения достижений молекулярной генетики в повседневную практику. Между тем, до настоящего времени приходится констатировать существование значительных пробелов в преподавании основ молекулярной генетики и молекулярной биологии в медицинских вузах нашей страны. Клинические неврологи плохо знакомы с современными возможностями молекулярной медицины даже в рамках своей основной специальнос- . и. Несмотря на то, что количество публикаций, посвященных анализу генов наследственных болезней нервной системы, носит характер «информационного взрыва», подавляющее число этих работ опубликовано в новейших зарубежных журналах, в большинстве случаев недоступных для практического врача. Это тем более обидно, поскольку в настоящее время в России существует практическая возможность генодиагностики основных наиболее распространенных наследственных заболеваний нервной системы. Такая диагностика проводится на базе специализированных лабораторий нескольких ведущих научных центров страны, среди которых в первую очередь можно назвать НИИ неврологии РАМН (Москва), Институт молекулярной генетики РАН (Москва), Медико-генетический научный центр РАМН (Москва), Институт акушерства и гинекологии им. Д.О. Отта РАМН (Санкт-Петербург), Уфимский научный центр РАН (Уфа), НИИ медицинской генетики Сибирского отделения РАМН (Томск).
В отечественной литературе в последние годы были опубликованы отдельные обзоры и монографии, посвященные тем или иным вопросам молекулярной диагностики и генотерапии наследственных заболеваний. Выход ряда из этих книг, хотя и весьма ограниченным тиражом [Шишкин С.С., Калинин В.Н., 1992; Пузырев В.П., Степанов В.А., 1997; Горбунова В.Н.,
Баранов В.С., 1997; Горбунова В.Н., 1999], стал заметным событием для нашей страны и позволяет рекомендовать их в качестве незаменимых пособий для врачей любых специальностей. Однако подавляющая часть доступной для отечественного читателя литературы по данной проблеме носит либо общий ознакомительный характер, либо адресована главным образом врачам-гене- тикам и специалистам в области молекулярной биологии. Принимая во внимание ту особую роль, которую играют нейрогенетика и нейронауки в общем прогрессе современной молекулярной медицины, следует признать назревшую необходимость появления отдельной монографии, посвященной теоретическим и практическим аспектам ДНК-диагностики в неврологии и ориентированной на практических врачей-неврологов. Такая книга перед вами, читатель.
В настоящей монографии авторами предпринята попытка обобщения уникального опыта в области ДНК- диагностики и медико-генетического консультирования при наследственных заболеваниях нервной системы, накопленного в нейрогенетическом отделении НИИ неврологии РАМН. Нейрогенетическое отделение Института, созданное в 1964 году Романом Александровичем Ткачевым, стало первым в мире специализированным клиническим отделением данного профиля, из недр которого выросла ведущая школа нейрогенетики в нашей стране. Данное отделение продолжило традиции изучения наследственных и дегенеративных заболеваний нервной системы, заложенные основателем Института неврологии, выдающимся отечественным неврологом Николаем Васильевичем Коноваловым. Приоритетный вклад Н.В. Коновалова в изучение одного из тяжелейших наследственных заболеваний нервной системы - гепато- лентикулярной дегенерации - признан во всем мире и по праву отражен в общепринятом названии данной болезни (болезнь Вильсона-Коновалова). За 35-летнюю историю существования нейрогенетического отделения Института неврологии под его наблюдением находились свыше 1500 семей, отягощенных различными моноген- ными наследственными заболеваниями центральной и периферической нервной системы. Сотрудниками отделения описан ряд новых форм наследственных неврологических заболеваний, детально изучены вопросы фенотипического полиморфизма и биохимических звеньев патогенеза и на этой основе разработаны новые методы диагностики и лечения этих тяжелых страданий. В 1994 году при отделении была создана специализированная ДНК-лаборатория, что ознаменовало собой начало нового этапа в изучении наследственных заболеваний нервной системы, связанного с внедрением наиболее современных молекулярно-генетических технологий. На протяжении последних 5 лет работа отделения в области ДНК-диагностики, картирования генов и клинико-молекулярных сопоставлений проводилась в тесном сотрудничестве с рядом ведущих российских и зарубежных научных центров. Авторы хотели бы выразить особую благодарность за плодотворную совместную работу коллективу сотрудников отдела молекулярных основ генетики человека Института молекулярной генетики РАН (руководитель отдела Лауреат Государственной премии РФ, доктор биологических наук, профессор С.А. Лим- борская, ведущий научный сотрудник кандидат биологических наук П.А. Сломинский). Важным для становления данного направления исследований стало для нас сотрудничество с молекулярным центром Гарвардского университета в Бостоне (профессор Х.О. Breakefield), неврологическим отделом Колумбийского университета в Нью-Йорке (профессора М. Brin, S. Fahn), отделением неврологии Института мозга Университета г. Ниигаты в Японии (профессор S. Tsuji), молекулярной лабораторией Отдела патологии нейронов Национального Института Здоровья и Медицинских Исследований в Париже (профессор A. Brice).
Разумеется, освоение принципов и идеологии ДНК-диагностики невозможно без твердых базовых знаний об основных закономерностях строения генома и молекулярных основах рассматриваемых групп заболеваний человека. В связи с этим в настоящей монографии представлен ряд обзорных разделов, посвященных общим принципам генеалогического анализа, организации генетического материала клетки, основным методам ДНК-диагностики, геномной классификации наследственных болезней нервной системы. В частных разделах монографии обобщаются современные представления о молекулярной генетике наиболее распространенных наследственных болезней нервной системы, для которых разработаны методы ДНК-диагностики.
Приложение включает сводный каталог генов нейрогередитарных заболеваний (по состоянию на конец 2001 года), современную номенклатуру мутаций, а также краткий словарь генетических терминов, существенно облегчающий восприятие материала. Таким образом, предлагаемая монография, помимо общего знакомства с проблемой ДНК-диагностики, может в определенном смысле служить руководством по молекулярной неврологии для практических неврологов и врачей других специально стей.
Издание настоящей книги, впервые обобщающей результаты исследований в новой бурно развивающейся области неврологии, является вкладом ученых НИИ неврологии РАМН в недавно завершившуюся Программу «Десятилетие мозга» (1990-2000 гг.).