Молекулярно-генетический анализ недистрофических миотоний в рф
На правах рукописи
ИВАНОВА ЕВГЕНИЯ АНДРЕЕВНА
МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ НЕДИСТРОФИЧЕСКИХ
МИОТОНИЙ В РФ
03.02.07 - Генетика
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата медицинских наук
Москва – 2013
Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении “Медико-генетический научный центр” Российской академии медицинских наук
Научный руководитель:
доктор биологических наук, профессор Поляков Александр Владимирович
Официальные оппоненты:
Писарев Владимир Митрофанович, доктор медицинских наук, профессор Федеральное государственное бюджетное учреждение «Научно-исследовательский институт общей реаниматологии имени В.А.Неговского» Российской академии медицинских наук, лаборатория молекулярных механизмов критических состояний, заведующий
Мальмберг Сергей Александрович, доктор медицинских наук, профессор Центральная детская клиническая больница Федерального медико-биологического агентства России, отделение психоневрологии с центром реабилитации детей с двигательными нарушениями, заведующий
Ведущая организация:
Государственное бюджетное образовательное учреждение дополнительного профессионального образования «Российская медицинская академия последипломного образования» Министерства здравоохранения Российской Федерации
Защита состоится «27» мая 2013 г. В 11 часов на заседании Диссертационного ученого совета Д 001.016.01 при Федеральном государственном бюджетном учреждении «Медико-генетический научный центр» Российской академии медицинских наук (115478, Москва, ул. Москворечье, 1)
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федерального государственного бюджетного учреждения «Медико-генетический научный центр» Российской академии медицинских наук по адресу: 115478, Москва, ул. Москворечье, д.1.
Автореферат разослан «25» апреля 2013 г.
Учёный секретарь
диссертационного совета Д 001.016.01
по защите докторских
и кандидатских диссертаций,
доктор медицинских наук, профессор Зинченко Рена Абульфазовна
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность исследования
Недистрофические миотонии (НДМ) – группа заболеваний, ведущим симптомом которых является феномен миотонии, они относятся к группе мышечных каналопатий. Миотония составляет симптомокомплекс некоторых наследственных нервно-мышечных патологий (миотоническая дистрофия тип 1 и 2, пароксизмальная миоплегия, синдром Шварца – Джампела) или является ведущим симптомом при миотониях Томсена (МТ) и Беккера (МБ), парамиотонии Эйленбурга (ПЭ), гиперкалиемическом параличе с миотонией (ГиперКП) и калий-зависимой миотонии (КЗМ). Последняя группа заболеваний отличается от вышеприведенных и этипатогенезом, и отсутствием дистрофического паттерна в клинической картине. Отсюда и возникла тенденция разделить все миотонические синдромы на дистрофические (ДМ) и недистрофические (НДМ).
Недистрофические миотонии представляют собой гетерогенную клинически полиморфную группу заболеваний, причиной которых являются мутации в генах ионных каналов хлорного и натриевого – CLCN1 и SCN4A. Фенотипы больных различными формами НДМ перекрываются и варьируют как среди пациентов с определенным типом НДМ, так и внутри одной семьи. На этапе клинического осмотра трудно отличить МТ и МБ между собой. Реже, но, тем не менее, затруднена дифференциальная диагностика ПЭ, ГиперКП и КЗМ друг от друга. Тяжелее всего в спорадических случаях с фенотипом МТ предположить ген, мутации в котором вызывают проявления заболевания. Зачастую, верным шагом диагностики является поиск мутаций в гене CLCN1, но в некоторых случаях этого недостаточно для подтверждения диагноза. Только после молекулярно-генетического анализа гена SCN4A можно выявить истинную причину заболевания.
Молекулярно-генетический анализ генов ионных каналов всегда представляет собой довольно трудоемкий и длительный процесс. Это обусловлено большим размером анализируемых генов и широким разнообразием мутаций, распределенных, как правило, по всей кодирующей последовательности данных генов. Так и в случае НДМ, причинами заболеваний являются мутации генов, кодирующих хлорные и натриевые ионные каналы скелетных мышц. Спектры мутаций этих генов представлены подавляющим числом миссенс – замен, наряду с относительно небольшим числом других типов мутаций. Это затрудняет ещё и трактовку результатов исследования: не всегда очевиден эффект миссенс – замены для конкретного больного, особенно в изолированных случаях, когда сегрегационный анализ невозможен. По этим причинам молекулярно-генетический анализ генов CLCN1 и SCN4A для пациентов с различными НДМ следует проводить в больших группах пациентов, в которых хорошо представлены различные фенотипы и доступен материал родственников пробанда для проведения сегрегационного анализа. Не менее информативными остаются и описания больших семей с внутрисемейным клиническим полиморфизмом.
Актуальным является проведение подобных исследований для каждой страны, так как в различных регионах наблюдается накопление характерных частых мутаций гена CLCN1 и подтверждается выявление «горячих» экзонов гена SCN4A, что увеличивает эффективность поиска мутаций в каждом из генов.
В связи с тем, что долгое время врожденная миотония не признавалась, как отдельная нозологическая форма и описана сравнительно недавно (1976 год), молекулярно-генетические методы недоступны для внедрения в диагностический процесс, оценка частоты распространенности недистрофических миотоний на данный момент очень приблизительна. Частота миотонии Томсена в Европе ранее оценивалась как 1:23 000 человек, а миотонии Беккера – 1:50 000 (Becker P.E., 1977). С появлением и развитием молекулярно-генетических методов стало понятно, что частота миотонии Томсена гораздо более низкая, чем предполагалось ранее. В одних семьях, где ранее предполагался доминантный тип наследования, был установлен псевдодоминантный, и их стали относить к случаям миотонии Беккера; в других - были выявлены мутации в гене, кодирующем натриевые ионные каналы скелетных мышц - их стали причислять к другим формам НДМ. Следовательно, и частота миотонии Беккера должна быть значительно выше, чем её оценивали ранее, но точных данных по этому поводу нет. Самой частой врожденная миотония (ВМ), как ранее назывались миотонии Томсена и Беккера, является в странах Скандинавии – 1:10 000 (Sun C. et al. 2001).
Очевидно, что с появлением возможности подтвердить клинический диагноз молекулярно-генетическими методами появилась возможность разработки эффективного алгоритма молекулярно-генетической диагностики на основе частот встречаемости различных форм НДМ с целью оптимизировать использование дорогостоящих молекулярно-генетических методов, уточнить диагностические критерии, по которым можно поставить верный предварительный диагноз и тип наследования миотонии в данной семье.
На сегодняшний день исследований с участием больших групп пациентов с диагнозом недистрофической миотонии в России не проводилось, не разработан алгоритм молекулярно-генетической диагностики миотоний и в русскоязычной литературе упоминания о миотонии довольно скудные. Распространенность оценивается не более 3 – 5 случаев на 100 000 (Гузеева В.И., 2009). Соответственно, на данном этапе недистрофические миотонии в России являются малоизученными нозологическими формами.
Цель исследования
Создание эффективного алгоритма молекулярно-генетической диагностики для пациентов с различными формами недистрофических миотоний.
Задачи исследования:
- Провести поиск мутаций генов CLCN1 и SCN4A в выборке неродственных пациентов с недистрофическими миотониями, проживающих на территории РФ, описать спектр выявленных изменений;
- Выявить особенности спектров мутаций генов CLCN1 и SCN4A, исследовать возможные причины распространения повторяющихся мутаций генов CLCN1 и SCN4A;
- Определить доли хлорных и натриевых миотоний среди пациентов с недистрофическими миотониями;
- Определить расчетную частоту встречаемости миотонии Томсена и миотонии Беккера на территории РФ;
- Разработать эффективный алгоритм молекулярно-генетической диагностики для пациентов с недистрофическими миотониями.
Научная новизна
Впервые в России проведен молекулярно-генетический анализ генов CLCN1 и SCN4A, задействованных в патогенезе недистрофических миотоний, описан спектр мутаций в них.
В гене CLCN1 выявлено 18 ранее неописанных мутаций. Впервые определены частые мутации гена CLCN1 у пациентов РФ (замены p.Gly190Ser, c.1437_1450del, p.Ala493Glu, p.Thr550Met, p.Tyr686* и p.Arg894*, составляющие 59% всех хромосом с мутациями) и разработана эффективная система их выявления.
В гене SCN4A выявлено 10 различных миссенс мутаций в гетерозиготном состоянии у 14 пациентов, из которых пять мутаций выявлены впервые. Определены «горячие» экзоны гена SCN4A.
Подсчитаны доли «хлорных» и «натриевых» недистрофических миотоний в структуре миотоний у российских больных, составляющие 82% и 18%, соответственно.
Определена популяционная частота носительства мутации p.Arg894* (1,2%) гена CLCN1 и рассчитаны ожидаемые частоты миотонии Томсена (1:710) и миотонии Беккера (1:8165) на территории РФ. На основе частот встречаемости хлорных и натриевых миотоний, а также особенностей описанного спектра мутаций генов CLCN1 и SCN4A разработан алгоритм молекулярно-генетической диагностики для пациентов с НДМ.
Практическая значимость
Разработан алгоритм дифференциальной диагностики и протоколы ДНК-диагностики различных форм недистрофических миотоний, что сделало возможным проведение прямой и косвенной диагностики НДМ.
Созданы эффективные диагностические системы для выявления наиболее часто встречающихся мутаций в гене CLCN1, ответственном за развитие МТ и МБ, позволяющие оптимизировать и значительно снизить затраты на проведение их молекулярно-генетической диагностики. Результаты проведенного исследования могут быть использованы в практической работе врачей-генетиков и неврологов, работающих в области наследственной патологии нервно - мышечной системы, а также в курсе лекций по клинической генетике на кафедрах генетики медицинских ВУЗов.
Основные положения, выносимые на защиту:
- Информативность поиска мутаций у пациентов с НДМ в генах CLCN1 и SCN4A составляет 95%. Доли «хлорных» и «натриевых» миотоний в выборке российских больных составляют 82% и 18% соответственно.
- Частыми мутациями в гене CLCN1 являются: замены p.Gly190Ser, p.Ala493Glu, p.Thr550Met, p.Tyr686*, p.Arg894* и делеция c.1437_1450del14, которые составляют 59% всех хромосом с мутациями. Разработана эффективная система их детекции. Хотя бы одна из частых мутаций встретилась хотя бы на одной хромосоме в 73% случаев хлорных миотоний и в 60% всех подтвержденных случаев НДМ.
- Популяционная частота мутации c.2680C>T (p.Arg894*) в гене CLCN1 составляет 1,2% (95%ДИ = 0,6% - 2%). Причиной высокой популяционной частоты мутации c.2680C>T (p.Arg894*) гена CLCN1 является эффект «основателя».
- Расчетная частота миотонии Беккера и миотонии Томсена на территории РФ равна 1:710 (95%ДИ = 1/5000 - 1/145) и 1:8165 (95%ДИ = 1/31746 - 1/26) соответственно. Доли миотоний Томсена и Беккера в выборке пациентов с НДМ равны 8% и 92% соответственно.
- Экзоны 12, 13 и 22 гена SCN4A являются «горячими», мутации в них обуславливают 79% случаев натриевых миотоний.
Апробация работы
Результаты диссертационной работы отражены в 12 печатных работах соискателя, в том числе 3 статьи опубликованы в журналах, рекомендованных ВАК МОН РФ для соискателей ученой степени кандидата медицинских наук. Материалы диссертации доложены: на VI съезде Российского общества медицинских генетиков 2010; международном семинаре по исследованию наследственных каналопатий в Беатенберге, Швейцария 2010; на II и III Всероссийских конференциях по редким заболеваниям и редко применяемым медицинским технологиям "ДОРОГА ЖИЗНИ" 2011, 2012; на конкурсе молодых ученых в МГНЦ РАМН в 2009 и 2012, на конференциях European Human Genetics Conference 2009, 2010, 2011, 2012.
Личный вклад автора в проведение исследования
Автором проанализированы данные отечественной и зарубежной литературы по теме диссертации. Автор принимал участие в планировании и осуществил экспериментальную часть работы. Все этапы молекулярно-генетического исследования (выделение ДНК, поиск мутаций в генах CLCN1 и SCN4A, разработка системы регистрации частых мутаций гена CLCN1, анализ популяционных выборок, генотипирование по полиморфным маркерам) автором выполнены лично. Автором проведен анализ полученных результатов: статистическая обработка данных, определение частоты гетерозиготного носительства и расчетных частот миотоний Томсена и Беккера, сформулированы выводы.
Публикации
По материалам исследования опубликованы 12 научных работ, среди них 3 статьи опубликованы в журналах, удовлетворяющих требованиям ВАК МОН РФ для соискателей ученой степени кандидата медицинских наук.
Структура и объем диссертации
Работа изложена на 114 страницах машинописного текста; включает введение, обзор литературы, описание материалов и методов исследования, результаты исследования и их обсуждение, заключение, выводы, список использованной литературы. Библиографический указатель включает 80 наименования, из них 5 отечественных и 75 иностранных источников. Диссертация иллюстрирована 18 таблицами и 19 рисунками.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Материалы и методы исследования
Материалом для исследования служили образцы ДНК пробандов из 84 неродственных семей с НДМ (59 - мужчин и 25 – женщин) и 49 их родственников, проживающих на территории РФ (20 семей с аутосомно-доминантным типом наследования, 14 – с аутосомно-рецессивным и 50 спорадических случаев). Возраст пациентов на момент исследования составлял от 1 года до 38 лет. Диагноз «врожденная миотония» всем больным поставлен на основании следующих данных о пациенте: 1) возраст манифестации; 2) активная миотония; 3) миотонические разряды на ЭМГ; 4) гипертрофия мышц; 5) феномен врабатывания; 6) реакция на холод. Все пациенты обследованы или проконсультированы в ФГБУ «МГНЦ» РАМН, МГК городов Воронежа, Екатеринбурга и Хабаровска.
Контрольная выборка образцов ДНК 100 необследованных неродственных человек, проживающих на территории различных регионов РФ, для оценки популяционных частот впервые выявленных мутаций составлена из банка лаборатории ДНК-диагностики ФГБУ «МГНЦ» РАМН.
Исследование популяционной частоты гетерозиготного носительства мутации c.2680C>T (p.Arg894*) в гене CLCN1 было проведено с использованием образцов ДНК 500 неродственных человек (326 из них проживают на территории г. Воронежа и Воронежской области и 174 – на территории г. Москвы и Московской области). Данное соотношение в популяционной выборке соблюдено согласно соотношению пациентов с МТ и МБ с выявленной мутацией c. 2680C>T (p.Arg894*) гена CLCN1 в исследованной выборке.
Для анализа сцепления микросателлитных маркеров и внутригенных SNP с мутацией p.Arg894* гена CLCN1 было доступно 33 хромосомы с мутацией, выявленные у пробандов. В качестве группы сравнения были использованы образцы ДНК 100 неродственных человек популяции и 9 человек из трёх ядерных семей в качестве дополнительной популяционной выборки.
Образцы крови и ДНК были использованы в работе с информированного согласия исследуемых лиц.
В данной работе игольчатая ЭМГ для пациентов МГК г.Воронежа выполнена врачом функциональной диагностики, неврологом ООО «Диагностика плюс» Курбатовым А.С. на приборе «Нейро-МВП-Микро» (двухканальный портативный компьютерный электронейромиограф) в г.Воронеже.
Выделение геномной ДНК из лейкоцитов периферической крови выполнено с помощью готового набора реактивов фирмы DLAtomтм DNA Prep100 (Isogene Lab.ltd., Россия) по протоколу производителя.
Амплификация всех исследуемых фрагментов ДНК проведена методом ПЦР в 25мкл объема реакционной смеси на программируемом термоциклере МС2 производства фирмы "ДНК-технология" (Россия) с использованием оригинальных олигонуклеотидных праймеров. Дизайн праймеров для ПЦР и проб для лигирования выполнен в лаборатории ДНК-диагностики ФГБУ «МГНЦ» РАМН, а синтез – в ЗАО«Евроген», Москва.
Результаты амплификации проанализированы с помощью вертикального электрофореза в полиакриламидном геле (7% гель с соотношением акриламид: бисакриламид – 29:1) с последующим окрашиванием геля раствором бромистого этидия и регистрацией с помощью документирующей системы GelDoc фирмы BIO-RAD в УФ-излучении.
Определение нуклеотидной последовательности фрагментов осуществлено методом прямого автоматического секвенирования по Сэнгеру (Sanger F. 1977 ), как с прямого, так и с обратного праймеров, на приборе ABI Prism 3130xl (Applied Biosystems, США) с использованием протокола фирмы производителя. Анализ результатов секвенирования проведен с помощью программ Chromas и BLAST (http: //w w w. ncbi.nlm.n ih.gov/blast).
Популяционное исследование для определения частоты мутации p.Arg894* выполнено с использованием рестрицирующей эндонуклеазы TaqI фирмы “Fermentas”, Литва.
Для определения популяционных частот ранее неописанных миссенс - мутаций генов CLCN1 и SCN4A и разработки эффективной системы выявления 6 частых мутаций гена CLCN1 использованы системы мультиплексного проба - специфичного лигирования (MLPA) с последующей амплификацией на программируемом термоциклере МС2 фирмы «ДНК-технология» (Россия).
Для выявления предполагаемого общего гаплотипа основателя использованы 7 микросателлитных маркеров и 4 внутригенных SNP на хромосоме 7q35, расположенных в области 6,5 млн.п.н. вокруг гена CLCN1. Маркеры выбраны с помощью карт HuRef и Marshfield базы данных NCBI.
При оценке неравновесия по сцеплению для полиморфных маркеров в группе больных использована формула, предложенная Бенгтсоном и Томсоном в 1981г. (Bengsson B.O., Thomson G., 1981): = (PD-PN)/(1-PN), где – мера неравновесия по сцеплению, PD - частота ассоциированного аллеля среди хромосом с мутацией, PN - частота того же аллеля среди хромосом популяции.
При сравнении частот аллелей маркеров среди хромосом с мутацией и среди хромосом популяции использован 2-тест для двупольной таблицы. Для вычисления средних значений, медиан и стандартных ошибок для количественных параметров ЭМГ а также возраста мутации p.Arg894* гена CLCN1 использованы стандартные математические методы оценки параметров (Животовский Л.А., 1991). Для оценки 95% доверительных интервалов для рассчитанных частот заболеваний использовался пакет программ Statistika 6.0.
Результаты и обсуждение
Выборка пациентов с НДМ, сформированная в лаборатории ДНК-диагностики ФГБУ «МГНЦ» РАМН согласно вышеуказанным критериям, состояла из 84 неродственных пациентов. Девятерым из них на основании данных клинического осмотра поставлен диагноз парамиотонии Эйленбурга (ПЭ), гиперкалиемического паралича (ГиперКП) или гипокалиемического паралича (ГипоКП). Остальным 75 пациентам поставлен диагноз «врожденная миотония» (ВМ), миотония Томсена (МТ) или миотония Беккера (МБ). Первой группе пациентов первоначально проведен молекулярно-генетический анализ гена SCN4A, а второй группе – молекулярно-генетический анализ гена CLCN1.
Спектр мутаций гена CLCN1
В процессе исследования гена CLCN1 у 67 пробандов выявлено 40 различных мутаций на 118 хромосомах в 24 семейных и 43 спорадических случаях. По первоначально определенному статусу мутации выявлены в 10 случаях с аутосомно-доминантным и 14 случаях – с аутосомно-рецессивным типом наследования. Семь мутаций из 40 представляют собой мутации сайта сплайсинга. Также выявлены четыре делеции и одна комбинированная делеция с инсерцией, приводящие к сдвигу рамки считывания и образованию преждевременного стоп-кодона, 4 нонсенс-мутации. Остальные 24 мутаций представлены миссенс-заменами (табл. 1).
Жирным шрифтом в табл. 1 отмечены 18 мутаций (45% всех выявленных мутаций), выявленные нами впервые и неописанные в базах HGMD и SNP (ncbi.nlm.nih.gov). Три из восемнадцати новых мутаций – замены на стоп-кодон (p.Gln879*, p.Tyr686*, p.Arg626*) в С-терминальном домене белка CLC1. Выявлены также новые делеции и мутации сайта сплайсинга.
Остальные неописанные ранее мутации – миссенс-мутации, приводящие к замене аминокислоты в B, C, G, I, I-J связывающем, Q и С-терминальном доменах белка. Среди впервые выявленных мутаций две замены p.Pro342Ser и c.1592+5G>A обнаружены в гомозиготном состоянии в семьях с кровнородственным браком. Для всех впервые описанных в данном исследовании миссенс-замен проведено популяционное исследование. Данные замены не обнаружены среди 100 необследованных человек популяционной выборки.
В ходе исследования гена CLCN1 для 66 пациентов с недистрофическими миотониями из 75 (88%), в результате молекулярно-генетического анализа гена CLCN1 диагноз подтвержден. Стоит заметить, что для 15 пациентов вторая мутация с помощью использованных методов не выявлена (5 случаев с АД типом наследования, 2 случая – с АР и 8 спорадических случаев).
Выявленный в ходе данной работы спектр мутаций гена CLCN1 соответствует описанному разнообразию генетических изменений, характерному для генов ионных каналов. Больше половины обнаруженных мутаций представлены миссенс-заменами (60%), остальная часть – мутации сайта сплайсинга, делеции, инсерции и нонсенс-мутации (рис. 1).
Рис.1. Доли различных типов мутаций гена CLCN1, описанные по результатам данного исследования (слева от пояснительной надписи) и в литературе (справа).
Частые мутации гена CLCN1
В исследованной выборке пациентов с недистрофическими миотониями выявлены повторяющиеся мутации: замены p.Gly190Ser (7 хромосом, 6%), c.1437_1450del14 (11 хромосом, 9%), p.Ala493Glu (6 хромосом, 5%), p.Thr550Met (4 хромосоммы, 3%), p.Tyr686* (6 хромосом, 5%) и p.Arg894* (36 хромосом, 31%) составили 59% всех хромосом с мутациями гена CLCN1. Хотя бы одна из частых мутаций встретилась хотя бы на одной хромосоме в 73% случаев хлорных миотоний и в 60% всех подтвержденных случаев НДМ. В выборке российских пациентов 59% всех хромосом с мутацией приходится на частые мутации. Самой частой в выборке является мутация p.Arg894*. Она выявлена на 36 хромосомах в семьях с АР и АД типами наследования во всевозможных сочетаниях с другими мутациями, в том числе, у 7 пациентов – в гомозиготном состоянии. Благодаря её локализации в С-терминальном домене для неё не характерен доминант негативный эффект как для мутаций с образованием ранних преждевременных стоп-кодонов.
У 23 пациентов с двумя идентифицированными мутациями выявлено сочетание двух часто встречающихся мутаций, что составляет 45% от всех пациентов с двумя выявленными мутациями и 29% от всех пациентов выборки с подтвержденными НДМ. Так как большинство случаев наследственной миотонии – это спорадические случаи с рецессивным типом наследования (в данной выборке 43 СС – 53% от всех случаев НДМ с выявленными мутациями), эффективное выявление частых мутаций позволяет значительно сократить время и стоимость диагностики для пациента. Информативность выявления шести частых мутаций среди всех пациентов с НДМ – 59%. В связи с этим разработана система детекции всех 6 частых мутаций методом MLPA – анализа с последующей мультиплексной ПЦР (рис. 2).
Рис.2. Система для выявления шести частых мутаций методом MLPA – анализа.
– маркер молекулярного веса;
1-6 – обозначение лунок на геле, соответствующим образцам ДНК после MLPA + мПЦР пациентов со следующими генотипами:
1 – [p.Thr550Met] + [p.Arg894*];
2 – [p.Tyr686*] + [p.Arg894*];
3 – [c.1437_1450del14] + [p.Arg894*];
4 – [p.Gly190Ser] + [p.Arg894*];
5 – [p.Ala493Glu] + [=]; 6 - [=]+[=].
Таблица 1. Спектр мутаций гена CLCN1, выявленных в ходе исследования.
| № | Нуклеотидная замена | Изменения на уровне белка | Экзон/ [интрон] | Домен | Тип наследования | Число хромосом |
| 1 | c.180+3 A>T | Мутация сайта сплайсинга | [8] | N-терминальный | СС | 3 |
| 2 | c.302-1 G>A | Мутация сайта сплайсинга | [8] | N-терминальный | CC | 1 |
| 3 | c.383T>C | p.Met128Thr | 3 | B | АД | 1 |
| 4 | c.501C>G | p.Phe167Leu | 4 | C | СС | 1 |
| 5 | c.547T>C | p.Ser183Pro | 4 | C | АД | 1 |
| 6 | c.562+3G>T | Мутация сайта сплайсинга | [8] | С | СС | 1 |
| 7 | c.568G>T, c.G569G>C | p.Gly190Ser | 5 | D | АД, СС | 7 |
| 8 | c.592C>G | p.Leu198Val | 5 | D | АД | 1 |
| 9 | c.697G>A | p.Gly233Ser | 6 | E-F связывающий | СС | 1 |
| 10 | c.795T>G | p.Asp265Glu | 7 | G | СС | 1 |
| 11 | c.803C>T | p.Thr268Met | 7 | G | АД, АР | 3 |
| 12 | c.899G>A | p.Arg300Gln | 8 | H-I связывающий | АД, СС | 2 |
| 13 | c.912A>C | p.Arg304Ser | 8 | I | СС | 1 |
| 14 | c.937G>A | p.Ala313Thr | 8 | I | СС | 1 |
| 15 | c.1024C>T | p.Pro342Ser | 9 | I-J связывающий | АР | 2 |
| 16 | c.1238T>G | p.Phe413Cys | 11 | K-L связывающий | АД, АР, СС | 3 |
| 17 | c.1261C>T | p.Arg421Cys | 12 | L | СС | 3 |
| 18 | c.1264G>A | p.Glu422Lys | 12 | L | CC | 1 |
| 19 | c.1271T>A | p.Ile424Asn | 12 | L | СС | 1 |
| 20 | c.1290_1291delCA | p.Asn430Lysfs*8 | 12 | L | CC | 1 |
| 21 | c.1437_1450del14 | p.Ile479Ilefs*25 | 13 | M-N связывающий | АД, АР, СС | 11 |
| 22 | c.1471+1G>A | Мутация сайта сплайсинга | [13] | N | АР | 1 |
| 23 | c.1478C>A | p.Ala493Glu | 14 | N | АД, АР, СС | 6 |
| 24 | c.1495G>A | p.Gly499Arg | 14 | N | СС | 1 |
| 25 | c.1582+5G>A | Мутация сайта сплайсинга | [14] | N | АР | 2 |
| 26 | c.1649C>T | p.Thr550Met | 15 | P | АД, АР, CC | 4 |
| 27 | c.1679T>C | p.Met560Thr | 15 | Q | АД | 1 |
| 28 | c.1699A>C | p.Asn567His | 15 | Q | СС | 2 |
| 29 | c.1720C>A | p.Gln574Lys | 15 | Q | АД | 1 |
| 30 | c.1797-1G>A | Мутация сайта сплайсинга | [15] | Q | CC | 1 |
| 31 | c.1876C>T | p.Arg626* | 16 | C-терминальный | СС | 2 |
| 32 | c.1936A>G | p.Met646Val | 17 | C-терминальный | АД, АР, СС | 3 |
| 33 | c.2058C>A | p.Tyr686* | 17 | C-терминальный | АР, СС | 6 |
| 34 | c.2364+2 T>A | Мутация сайта сплайсинга | [19] | C-терминальный | СС | 1 |
| 35 | c.2380_2381delGT insA | p.Val794Argfs*17 | 20 | C-терминальный | СС | 1 |
| 36 | c.2437C>A | p.Pro813Thr | 21 | C-терминальный | СС | 1 |
| 37 | c.2474_2477delCCTT | p.Pro825fs*26 | 21 | C-терминальный | СС | 1 |
| 38 | c.2635C>T | p.Gln879* | 23 | C-терминальный | СС | 1 |
| 39 | c.2662_2675del14 | p.Arg888Asnfs*19 | 23* | C-терминальный | СС | 2 |
| 40 | c.2680C>T | p.Arg894* | 23 | C-терминальный | АР, СС | 36 |
| Всего хромосом с мутацией (ями) | 118 | |||||
Примечание: суммарное количество хромосом подсчитано с учетом двух случаев в выборке, когда на одной хромосоме выявлено по две мутации; выделение жирным шрифтом обозначает, что данные изменения выявлены впервые в данном исследовании.
Соотношение МТ и МБ в исследованной выборке
Вопреки бытующему издавна мнению о том, что частота миотонии Томсена с АД типом наследования значительно выше (1:23 000), чем миотонии Беккера с АР типом наследования (1:50 000), результаты молекулярно-генетических исследований последних 10-15 лет показывают обратное. В данном исследовании общее число подтвержденных случаев АД формы миотонии составило 5 случаев, а АР формы – 61 случай. Соотношение миотоний Томсена и Беккера в результате проведенного молекулярно-генетического анализа гена CLCN1 изменилось по отношению к изначальному (13 и 62) и составило 5 и 61 (8% и 92%). Аналогичные соотношения получили исследователи из Германии (3% и 97%), Северной Скандинавии (7% и 93%) и Нидерландов (6% и 94%) (Meyer-Kleine C., 1995; Sun C., 2001; Trip J., 2008).
Таким образом, на этапе клинического осмотра происходит явная недооценка рецессивных форм миотонии, возможно из-за недостатка информации о родственниках пробанда. Часто данные о родителях и других родственниках записываются со слов пациента. Может быть более существенно, что до широкого внедрения молекулярно-генетических методов, врачи-генетики пытались разделить миотонии Томсена и Беккера только по клиническим признакам. Но из-за того, что в большинстве случаев клиническая картина стертая, миотония выражена слабо, однозначно поставить диагноз, прогнозировать течение заболевания и сегрегацию в семье не представляется возможным. Так как мутации распределены по всей кодирующей последовательности гена CLCN1, и для наследственной миотонии характерна аллельная гетерогенность, остается необходимость в прямом автоматическом секвенировании всего гена. При этом анализируются кодирующие экзоны с прилегающими к ним интронными областями, но упускаются протяженные делеции и дупликации. Хотя выявление более, чем в половине случаев частых мутаций сильно облегчает работу исследователя и ускоряет поиск мутаций для пациента. Для постановки диагноза миотонии Томсена или миотонии Беккера выявление нонсенс мутаций и мутаций со сдвигом рамки считывания при молекулярно-генетическом исследовании гена CLCN1 по-прежнему наиболее информативны. Детекция миссенс замены предполагает проведение популяционного исследования в случае, если она не описана ранее, и молекулярно-генетического анализа родственников пробанда с целью определения ассоциации этой замены с патологическим фенотипом в данной семье. Таким образом, данный подход обеспечивает подтверждение диагноза НДМ молекулярно-генетическими методами и дифференцировку миотоний Томсена и Беккера с определением типа наследования выявленных мутаций в обследуемых семьях.
Популяционное исследование частоты мутации c.2680C>T (p.Arg894*) в гене CLCN1
Особенностью выборки пациентов с миотониями Томсена и Беккера, сформированной в лаборатории ДНК-диагностики ФГБУ МГНЦ РАМН, является преобладание пациентов из г. Воронежа и Воронежской области. Их число превалировало и среди пациентов с выявленной мутацией c.2680C>T (p.Arg894*) в гене CLCN1 в гомо- или гетерозиготном состоянии: 17 против 8 из г. Москвы и Московской области, 2 из Екатеринбурга и 1 из Хабаровска (61%, 29%, 7%, 3% соответственно).
Сохранив соотношение наиболее многочисленных групп пациентов, представленных в выборке, сформирована популяционная выборка из 500 необследованных неродственных человек, проживающих на территории г. Воронежа и Воронежской области (326 человек) и г. Москвы и Московской области (174 человека).
Мутация c.2680C>T (p.Arg894*) представляет собой нонсенс-мутацию. В положении 2680 происходит замена цитозина на тимин. При этом создается сайт рестрикции для эндонуклеазы Taq I (TCGA). При наличии мутации исходный фрагмент ПЦР реакции экзона 23 размером в 461 п.н. режется на два фрагмента 304 п.н. и 157 п.н. (рис.3). Данный способ выявления мутации c.2680C>T (p.Arg894*) гена CLCN1 используется и другими исследователями для детекции данной мутации у родственников пробандов и в популяционной выборке (Sun С. et al., 2001).
Рис.3. Система выявления мутации c.2680C>T (p.Arg894*) с помощью ПДРФ – анализа.
Генотипы подписаны на дорожках геля.
В результате популяционного исследования аллельная частота мутации c.2680C>T (p.Arg894*) в гене CLCN1 среди воронежцев (8 гетерозиготных носителей) и москвичей (4 гетерозиготных носителя) оказалась одинаковой и составила 1,2% (95%ДИ = 0,6% - 2%).
В ходе молекулярно-генетического анализа спектра мутаций в гене CLCN1 выявлено 118 хромосом с мутацией. На 36 хромосомах обнаружена мутация c.2680C>T (p.Arg894*). Аутосомно-рецессивный тип наследования установлен для 61 случая, из них 51 случай с двумя выявленными мутациями и 10 с одной рецессивной мутацией (всего 112 хромосом с рецессивной мутацией). Таким образом, аллельная доля данной мутации среди пациентов с МБ составляет 32% (95%ДИ = 24% - 42%). В популяции аллельная частота мутации c.2680C>T (p.Arg894*) составляет 1,2% или 1/42 человека (95%ДИ = 1/84 - 1/25), это 32% всех рецессивных мутаций гена CLCN1. Тогда частота всех носителей рецессивных мутаций в гене CLCN1 равна 1/13 человек (95%ДИ = 1/35 - 1/6). Таким образом, расчетная частота миотонии Беккера на территории РФ оценивается в 1:710 (95%ДИ = 1/5000 - 1/145). Исходя из соотношения пациентов с миотониями Томсена и Беккера в выборке пациентов (8% (95%ДИ = 3% - 17%) и 92% (3% - 19%)) расчетная частота миотонии Томсена – 1:8165 (95%ДИ = 1/31746 - 1/26). Суммарная частота хлорных миотоний в РФ равна соответственно 1: 653 человека (95%ДИ = 1/4320 – 1/22).
Изученная выборка может быть смещена в сторону наиболее тяжелых форм заболевания, обусловленных различными мутациями гена CLCN1. В неё могли не попасть, например, пациенты с более мягким течением болезни, обусловленным мутацией c.2680C>T (p.Arg894*) в гомозиготном состоянии или в сочетании с «мягкими» мутациями.
Для проверки теории о смещенности выборки проверена гипотеза об отклонении соотношений генотипов по мутации c.2680C>T (p.Arg894*) гена CLCN1 в исследованной выборке от соотношения Харди - Вайнберга (табл.2).
Таблица 2. Рассчитанные и наблюдаемые соотношения численностей генотипов по мутации p.Arg894* гена CLCN1.
| № | Генотип по мутации p.Arg894* | Ожидаемое число пробандов | Наблюдаемое число пробандов |
| 1 | Гомозиготы | 5 | 7 |
| 2 | Гетерозиготы | 26 | 22 |
| 3 | Норма | 36 | 38 |
| Всего | 67 | 67 | |
Проведенный анализ показал, что выявленное отклонение численностей генотипов в выборке от соотношения Харди – Вайнберга не является статистически значимым (2 = 0, 98, p = 0,53).
О проведенных популяционных исследованиях в Европе литературных данных нет, поэтому сложно судить, является ли мутация p.Arg894* частой только на территории РФ или одинаково высоко распространена по всей Европе.
Анализ неравновесия по сцеплению и выявление гаплотипа «основателя»
Высокая распространенность мутации c.2680C>G (p.Arg894*) гена CLCN1 может быть обусловлена как преимущественным отбором гетерозиготных носителей, так и дрейфом генов, в частности эффектом основателя. Для выявления возможного гаплотипа «основателя» хромосом с мутацией p.Arg894* гена CLCN1 выбраны 5 микросателлитных маркеров D7S1824, D7S2513, D7S661, D7S3068, D7S2511 с высокой гетерозиготностью и известной генетической координатой и 4 внутригенных SNP (rs940854, rs2272251, rs4489232, rs6464546) и два микросателлитных маркера (rs57731612, rs151000993), макcимально приближенные к гену CLCN1 (127,2 т.п.н. и 53,9 т.п.н.).
При выборе аллелей маркеров, составляющих гаплотип основателя, мы учитывали максимальные значения неравновесия по сцеплению по сравнению с другими маркерами и наибольшие частоты аллелей среди хромосом с мутацией по сравнению с контрольными при наименьших значениях р. Сохранная часть гаплотипа основателя представлена пятью аллелями Т-Т-А-1-3 маркеров rs2272251- rs4489232 - rs6464546 - rs151000993 - D7S661 соответственно (табл. 3).
Таблица 3. Неравновесие по сцеплению аллелей маркеров с мутацией p.Arg894* в гене CLCN1.
| Маркер | Аллель | 2 | p | ±90%ДИ |
| D7S2513 | 3 | 0,67 | 0,56 | 0,24±0,067 |
| rs57731612 | 2 | 0,84 | 0,76 | 0,82±0,049 |
| rs940854 | A | 1,5 | 0,27 | 0,83±0,055 |
| rs2272251 | T | 6,8 | 0,007 | 1 |
| CLCN1 | mut | |||
| rs4489232 | T | 5 | 0,025 | 0,89±0,016 |
| rs6464546 | A | 4,2 | 0,031 | 0,9±0,017 |
| rs151000993 | 1 | 17,7 | <0,001 | 0,62±0,028 |
| D7S661 | 3 | 6,8 | 0,0012 | 0,32±0,063 |
| D7S2511 | 1 | 1,07 | 0,3 | 0,42±0,077 |
Примечание: р – односторонняя вероятность распределения 2; жирным шрифтом выделены значения p<0,05; – мера неравновесности сцепления аллелей полиморфных маркеров с локусом заболевания; ДИ – доверительный интервал.
Полные гаплотипы хромосом с мутацией удалось выявить не для всех пациентов, в связи с недоступностью биологического материала их родственников. Как видно из физического расстояния маркеров сохранившейся части гаплотипа по отношению к мутации, гаплотип «основателя» размывается довольно давно (табл. 4). Из всех только для маркера D7S661 известна генетическая координата, это обстоятельство не позволило рассчитать «возраст мутации».
Таблица 4. Гаплотипы хромосом с мутацией p.Arg894* гена CLCN1 по 5 микросателлитным локусам и 6 внутригенным SNP.
| Маркер | D7S1824 | D7S2513 | rs57731612 | rs940854 | rs2272251 | CLCN1 | rs4489232 | rs6464546 | rs151000993 | D7S661 | D7S3068 | D7S2511 |
| сМ | 149,9 | 151,3 | [153,9] | [154,2] | [154,2] | [154,2] | [154,2] | [154,3] | [154,3] | 155,1 | 155,1 | 156,3 |
| Mb | 140,01 | 141,41 | 142,92 | 143,04 | 143,04 | 143,05 | 143,06 | 143,08 | 143,1 | 143,6 | 143,85 | 146,55 |
| 8 | 7 | 1 | A | T | M | T | A | 1 | 5 | 2 | 13 | |
| 1 | 8 | 2 | A | T | M | T | A | 1 | 5 | 2 | 10 | |
| 3 | 1 | 2 | A | T | M | T | A | 1 | 5 | 11 | 10 | |
| 6 | 6 | 2 | A | T | M | T | A | 1 | 3 | 12 | 13 | |
| 6 | 6 | 2 | A | T | M | T | A | 1 | 3 | 12 | 1 | |
| 4 | 7 | 2 | A | T | M | T | A | 1 | 3 | 12 | 1 | |
| 4 | 3 | 2 | A | T | M | T | A | 1 | 3 | 13 | 1 | |
| 7 | 3 | 2 | A | T | M | T | A | 1 | 3 | 13 | 1 | |
| 7 | 3 | 2 | A | T | M | T | A | 1 | 3 | 10 | 1 | |
| 7 | 3 | 2 | A | T | M | T | A | 1 | 3 | 10 | 1 | |
| 3/7 | 3 | 2 | A | T | M | T | A | 1 | 5/7 | 2/3 | 1 | |
| 2/9 | 3/5 | 2 | A/G | T | M | T | A | 1 | 3 | 11/12 | 1 | |
| 2/9 | 3/5 | 2 | A/G | T | M | T | A | 3 | 3 | 11/12 | 1 | |
| 1 | 5 | 2 | A/G | T | M | T | A | 1 | 5 | 12 | 12 | |
| 2/7 | 3/9 | 2 | A | T | M | T | A | 1/6 | 3/6 | 11/13 | 1/10 | |
| 3 | 3 | 2 | A | T | M | T | A | 6 | 5/7 | 2/3 | 1 | |
| 2 | 6 | 2 | G | T | M | T | A | 6 | 5 | 9 | 7 | |
| 7 | 5/8 | 2 | A/G | T | M | T | A/G | 1 | 4/5 | 3/12 | 8/9 | |
| 4/7 | 3/8 | 2/3 | A | T | M | T | G | 4 | 3/5 | 12/13 | 9/12 | |
| 10 | 3 | 2 | A | T | M | G | A/G | 4 | 3 | 12 | 1 | |
| 4 | 3/6 | 2/3 | A/G | T | M | T/G | A/G | 1/3 | 4/5 | 2/13 | 1/13 | |
| 11 | 5 | 2/3 | A/G | T | M | T | A/G | 1 | 3 | 10 | 1 |
Примечание: Выделенная цветом область представляет собой сохранную часть гаплотипа «основателя», установленная с помощью анализа сцепления; область, выделенная рамкой без цвета – возможный частично сохранившийся гаплотип «основателя»; сМ – генетическая координата по карте Marshfield; Mb – физическая координата на хромосоме в миллионах пар оснований по карте HuRef.
Спектр мутаций гена SCN4A
По клиническим критериям диагноз ПЭ, ГиперКП и ГипоКП поставлен девяти пациентам. У них в качестве причины НДМ предполагались мутации гена SCN4A изначально. В результате молекулярно-генетического анализа гена CLCN1 выявлено 40 различных мутаций у 67 из 75 пациентов. Оставшимся 8 пациентам проведен молекулярно-генетический анализ гена SCN4A. Также в выборку пациентов, которым проведено прямое автоматическое секвенирование гена SCN4A вошли пять спорадических случаев и один случай с АД типом наследования в семье, в которых выявлено по одной из частых рецессивных мутаций гена CLCN1. Таким образом, всего молекулярно-генетический анализ гена SCN4A проведен 23 из 84 пациентов с НДМ.
В ходе молекулярно-генетического анализа SCN4A выявлено 10 различных мутаций в гетерозиготном состоянии у 14 пациентов в 6 спорадических случаях и 8 семьях с АД типом наследования. Пять мутаций выявлены впервые в данном исследовании и не обнаружены среди 200 хромосом популяционной выборки. Мутации p.Gly1306Ala и p.Thr1313Met встретились по два раза, а мутация p.Thr704Met – трижды в выборке. Все выявленные мутации гена SCN4A являются миссенс – заменами и сосредоточены преимущественно в экзонах 12, 13 и 22 гена SCN4A (табл.5).
Таким образом, у 14 пациентов из 23 (61%) диагноз «натриевой» миотонии подтвержден. Причем из них 8 пациентов с диагнозами ПЭ (2 человека), ГиперКП (5 человек) и ГипоКП (1 человек) направлены на исследование гена SCN4A по результатам клинического осмотра, 5 пациентам с диагнозами МТ или «врожденная миотония» первоначально проведен молекулярно-генетический анализ гена CLCN1, и мутаций не выявлено. А мутация c.205G>A (p.Gly69Arg) обнаружена у пациента с выявленной рецессивной мутацией c.1437_1450del14 в гетерозиготном состоянии в гене CLCN1.
Внутригенная локализация мутаций, выявленных в гене SCN4A в данной работе, не отличается от описанных в исследованиях зарубежных авторов. В основном все патологические мутации сконцентрированы в экзонах, кодирующих области белка, формирующие сенсор напряжения натриевого канала. Единственное отличие от литературных данных в том, что часть описанных мутаций сконцентрирована еще и в экзоне 24, чего не отмечается по результатам данного исследования.
Оптимизировать поиск мутаций позволяет их сосредоточение в экзонах 12, 13 и 22. Эти экзоны можно считать «горячими» и начинать поиск мутаций с них. Мутации в этих экзонах обуславливают 79% (11 из 14) случаев «натриевых» миотоний в исследованной выборке пациентов. В основном, это семейные случаи с АД типом наследования (7 из 11) с диагнозами ПЭ и ГиперКП. Остальные 4 – спорадические случаи с первоначальным диагнозом МТ. Несмотря на то, что большинство мутаций сосредоточены в трех экзонах, остается вероятность нахождения генетических изменений и в других участках гена SCN4A.
Таблица 5. Спектр мутаций гена SCN4A, выявленных в ходе исследования.
| № | Нуклеотидная замена | Изменения на уровне белка | Экзон | Домен/ сегмент белка | Тип наследования | Число хромосом |
| 1 | c.205G>A | p.Gly69Arg | 1 | D1/S1 | CC | 1 |
| 2 | c.638G>A | p.Gly213Asp | 5 | D1/S3 | СС | 1 |
| 3 | c.2003T>C | p.Leu668Pro | 12 | D2/S4 | CC | 1 |
| 4 | c.2006G>A | p.Arg669His | 12 | D2/S4 | АД | 1 |
| 5 | c.2017C>G | p.Leu673Val | 12 | D2/S4 | СС | 1 |
| 6 | c.2078T>C | p.Ile693Thr | 13 | D2/S4-S5 | СС | 1 |
| 7 | c.2111C>T | p.Thr704Met | 13 | D2/S5 | АД | 3 |
| 8 | c.3917G>C | p.Gly1306Ala | 22 | ID3-4 | АД, СС | 2 |
| 9 | c.3938C>T | p.Thr1313Met | 22 | ID3-4 | АД | 2 |
| 10 | c. 4137G>C | p.Gln1379His | 23 | D4/S1 | АД | 1 |
Примечание: жирным шрифтом в таблице отмечены мутации, выявленные в ходе данного исследования впервые, ID – петля между доменами.
Определение долей хлорных и натриевых миотоний в структуре НДМ
В общей структуре НДМ натриевые миотонии представлены меньшей долей. Выборка НДМ, сформированная в лаборатории ДНК-диагностики ФГБУ МГНЦ РАМН, состоит из 84 неродственных пациентов. Диагнозы «миотония Томсена» и «миотония Беккера» с мутациями в гене CLCN1 подтверждены у 66 пробандов, «парамиотония Эйленбурга», «гиперкалиемический периодический паралич», «гипокалиемический периодический паралич» и «миотония Томсена» с мутациями в гене SCN4A подтверждены у 14 пациентов.
Соотношение «хлорных» и «натриевых» миотоний составляет 82% и 18% соответственно. В сравнении с данными исследователей из Голландии (59% и 41%) соотношение форм миотонии в выборке пациентов РФ сильно смещено в сторону «хлорных» миотоний (Trip J. 2008). Значительно меньше и доля пациентов с первоначальным диагнозом «наследственная миотония» с мутациями в гене SCN4A. В Голландии она составила 20%, а в данной выборке - только 11%. Возможно причина в более высокой популяционной частоте мутации p.Arg894* гена CLCN1 в России. К сожалению, описания масштабных исследований с последовательным анализом генов CLCN1 и SCN4A для пациентов с НДМ в других странах в литературе не представлены. А по данным, опубликованным голландскими исследователями, частоту хлорных миотоний подсчитать невозможно.
Алгоритм молекулярно-генетической диагностики НДМ
В последнее время в молекулярно-генетической диагностике наметилась тенденция к оптимизации поиска мутаций генов, нахождения удобной и эффективной диагностической стратегии. В основном выявляются частые мутации, «горячие» точки или экзоны, которые покрывают большую долю выявляемых мутаций в гене. Для них разрабатывается наиболее дешевая и быстрая система детекции. В случае каналопатий и миотоний в частности эта стратегия не всегда эффективна. Среди мутаций гена CLCN1 шесть встречаются наиболее часто (p.Gly190Ser, c.1437-1450del14, p.Ala493Glu, p.Thr550Met, p.Tyr686* и p.Arg894*). В общей сложности они составляют 59% всех хромосом с мутациями. Сочетание двух частых мутаций встретилось в 45% случаев рецессивной формы миотонии, в которых выявлены обе мутации. Для детекции данных мутаций разработана система на основе метода MLPA – анализа и мультиплексной ПЦР, что удешевляет диагностику более чем в 10 раз по сравнению с прямым автоматическим секвенированием всей кодирующей последовательности гена CLCN1. Для выявления самой распространенной мутации p.Arg894* также возможно применение ПДРФ - анализа. Но с помощью этих методов лишь для 23 пациентов из 84 (27%) можно было подтвердить диагноз миотонии Беккера. В основном, из-за мягкого течения заболевания или позднего возраста манифестации (когда обследование родителей не представляется возможным), случаи недистрофической миотонии считаются спорадическими. По результатам данного исследования стало понятно, что с помощью клинико-генеалогического метода возможно лишь предположить тип наследования миотонии в данной семье. Для спорадических случаев необходимо подтвердить или опровергнуть наличие рецессивного типа наследования с помощью прямого автоматического секвенирования всей кодирующей последовательности и прилегающих к ней интронных областей. Более того наличие более двух мутаций в двух семьях данного исследования и выявление одной рецессивной мутации тем более обязывает проводить секвенирование всего гена CLCN1 а также семейный анализ, чтобы определить положение мутаций на хромосомах и уточнить тип наследования.
Рассчитанная частота рецессивных форм миотонии и экспериментальные данные подтверждают предположение о том, что в первую очередь необходимо исследование гена хлорного канала, а потом уже натриевого. Что касается прямого автоматического секвенирования гена SCN4A, то на данный момент этот метод еще актуален. Оптимизировать поиск мутаций позволяет концентрирование мутаций в экзонах 12, 13 и 22. Их можно считать «горячими» и начинать поиск с них. Не смотря на то, что большинство мутаций сосредоточены в трех экзонах (79% случаев), остается вероятность нахождения мутаций и в других экзонах гена (21%). Возможно с увеличением выборки натриевых миотоний, можно будет оптимизировать поиск мутаций гена SCN4A наиболее эффективно.
В результате тандемного молекулярно-генетического анализа генов CLCN1 и SCN4A, проведенного на образцах ДНК 84 неродственных пациентов с различными НДМ, нами предложен алгоритм молекулярно - генетической диагностики заболевания (рис. 4).
Рис.4. Алгоритм молекулярно-генетической диагностики НДМ.
В случае постановки диагноза НДМ на этапе клинического осмотра устанавливается форма НДМ соответственно типу наследования. В случае хлорных миотоний семьи с АР типом наследования и спорадические случаи с неустановленным типом наследования относят к МБ или ВМ. А в случае семей с АД типом наследования их относят к МТ.
Далее в зависимости от диагноза проводится либо поиск частых мутаций, либо прямое автоматическое секвенирование всего гена CLCN1. Если мутации гена CLCN1 не обнаружены и после анализа всей кодирующей последовательности гена, далее проводится поиск мутаций в гене SCN4A также как для группы натриевых миотоний. Если клиническая картина у пациента соответствует ПЭ, ГиперКП, ГипоКП, КЗМ, то в первую очередь проводится поиск мутаций в «горячих» экзонах гена SCN4A, затем, в случае отрицательного результата, прямое автоматическое секвенирование всей последовательности данного гена. В результате можно предполагать выявление мутаций у 95% пациентов с НДМ. В оставшиеся 5% скорее всего входят пациенты с мутациями в данных генах, которые не могут быть идентифицированы с помощью использованных в работе методов. Также возможно наличие некоторой доли пациентов с мутациями в других генах со схожим с НДМ фенотипом.
ВЫВОДЫ
- В результате молекулярно - генетического анализа генов CLCN1 и SCN4A, выполненного на 84 образцах ДНК выборки российских больных диагноз различных типов НДМ подтвержден у 80 пациентов. Доли «хлорных» и «натриевых» миотоний в выборке российских больных составляют 82% и 18% соответственно.
- В исследованной выборке пациентов с хлорными миотониями выявлено 40 различных мутаций гена CLCN1. Восемнадцать мутаций (45%) неописаны в базах HGMD и SNP. Выявлены частые мутации: замены p.Gly190Ser, c.1437_1450del, p.Ala493Glu, p.Thr550Met, p.Tyr686* и p.Arg894*, которые составили 59% всех хромосом с мутациями. Разработана эффективная система детекции частых мутаций на основе метода MLPA - анализа c последующей мультиплексной ПЦР. Хотя бы одна из частых мутаций встретилась хотя бы на одной хромосоме в 73% случаев хлорных миотоний и в 60% всех подтвержденных случаев НДМ.
- Определена частота гетерозиготного носительства мутации c.2680C>T (p.Arg894*) в гене CLCN1, которая составила 1,2% (95%ДИ = 0,6% - 2%). Полученные данные сопоставимы с аналогичными в странах Скандинавии (0,87%). Анализ неравновесия по сцеплению аллелей 11 полиморфных маркеров с мутацией c.2680C>T (p.Arg894*) гена CLCN1 подтвердил единство происхождения данной мутации в результате эффекта «основателя».
- Определена расчетная частота миотонии Беккера и миотонии Томсена на территории РФ равная 1:710 (95%ДИ = 1/5000 - 1/145) и 1:8165 (95%ДИ = 1/31746 - 1/26) соответственно, что свидетельствует о гиподиагностике хлорных миотоний на территории РФ вследствие преобладания мягких форм заболевания. Частота МТ и МБ в РФ в разы превосходит расчетную частоту хлорных миотоний в Северной Скандинавии (1:2000 и 1:26570).
- В результате молекулярно-генетического анализа гена SCN4A выявлено 10 различных миссенс мутаций в гетерозиготном состоянии у 14 пациентов. Пять мутаций выявлены впервые в данном исследовании. Выявленные мутации сконцентрированы в «горячих» экзонах 12, 13 и 22 гена SCN4A (79% случаев).
- Предложен алгоритм молекулярно-генетической диагностики для пациентов с различными формами НДМ, учитывающий данные клинического осмотра, ЭМГ, тип наследования заболевания в семье, частоты распространенности хлорных и натриевых миотоний и особенности спектра мутаций в генах CLCN1 и SCN4A. Информативность разработанного алгоритма составляет 95%.
Список работ, опубликованных по теме диссертации:
Статьи, опубликованные в изданиях, рекомендованных ВАК МОН РФ:
- Иванова Е.А., Дадали Е.Л., Федотов В.П. с соавт.. Спектр мутаций в гене CLCN1 у пациентов с недистрофическими миотониями Томсена и Беккера // Генетика. 2012. Т. 48. № 9. C. 1113–1123. (Ivanova E.A., Dadali E.L., Fedotov V.P. et al. The spectrum of CLCN1 gene mutations in patients with nondystrophic Thomsen’s and Becker’s myotonias // Rus. J. Genetics. 2012. V. 49. № 9. P. 952-961.)
- Иванова Е.А., Поляков А.В.. Недистрофические миотонии: клинико - генетические формы, механизмы этиопатогенеза, ДНК - диагностика // Медицинская генетика. 2012. Т. 11. №6. С. 3 – 10.
- Руденская Г.Е., Иванова Е.А., Галеева Н.М.. Случай миотонии Беккера с эквинной деформацией стоп // Журнал неврологии и психиатрии им.С.С.Корсакова. 2012. №8. С.70-71.
Публикации в других изданиях:
- Ivanova E.A., Fedotov V.P., Kyrbatov S.A., Polyakov A.V. The novel mutation in CLCN1 gene resulting in recessive form of the myotonia congenita // European Journal of Human Genetic. 2009. V.17. P. 379.
- Иванова Е.А., Федотов В.П., Курбатов С.А., Поляков А.В.. Молекулярно-генетический анализ причин наследственной миотонии Томсена - Беккера // Медицинская генетика. 2009. Т. 8. №12. С.38.
- Ivanova E., Fedotov V., Dadali E., Rudenskaya G., Kurbatov S. Myotonia congenita (MC) in Russia: the two frequent mutations in CLCN1 gene allows to reveal 14% mutant chromosomes of patients with MC // European journal of Human Genetics. 2010. V.18. P. 87-88.
- Иванова Е.А., Федотов В.П., Дадали Е.Л., Руденская Г.Е., Курбатов С.А., Поляков А.В.. Молекулярно-генетический анализ недистрофических миотоний // Медицинская генетика. Материалы VI-го съезда Российского общества медицинских генетиков 2010. С.72.
- Курбатов С.А., Федотов В.П., Иванова Е.А., Галева Н.М.. Фено-генотипические корреляции наследственных миотонических синдромов // Медицинская генетика. Материалы VI-го съезда Российского общества медицинских генетиков 2010. Стр.99.
- Kurbatov S. A., Fedotov V. P., Ivanova E. A. Genotype-phenotype correlation in cohort of patients with myotonia congenita and frequent CLCN1 gene mutation Arg894* // European journal of Human Genetics. 2011. V.19. P.426
- Kurbatov S.A., Fedotov V.P., Ivanova E.A., Galeeva N.M., Polyakov A.V. Genotype – phenotype correlation in cohort of patients with myotonic syndromes // European journal of Human Genetics. 2012. V.20. P.86.
- Ivanova E., Fedotov V., Kurbatov S., Dadali E., Rudenskaya G., Polyakov A. Frequent CLCN1 gene mutations in patients from Russian Federation (RF) with non - distrophic Thomsen and Becker myotonias // European journal of Human Genetics. 2012. V. 20. P.321.
- Федотов В.П., Курбатов С.А., Иванова Е.А., Галеева Н.М., Поляков А.В. Клинико - электромиографические критерии диагностики наследственных миотонических синдромов // Нервно – мышечные болезни. 2012. №2. С.53 – 64.
список сокращений
АА – акриамид
АД – аутосомно-доминантный
АР – аутосомно-рецессивный
БАА – бисакриламид
ВМ – врожденная миотония
ДНК – дезоксирибонуклеиновая кислота
ИЭМГ – игольчатая электромиография
КЗМ – калий - зависимая миотония
МБ – миотония Беккера
млн.п.н. – миллион пар нуклеотидов
МТ – миотония Томсена
НатМ – натриевая миотония
НДМ – недистрофическая миотония
МЭКВ/Л - милли-грамм-эквивалент на литр
ПААГ – полиакриамидный гель
ПДАФ – полиморфизм длин амплификационных фрагментов
ПДРФ – полиморфизм длин рестрикционных фрагментов
ПЦР – полимеразная цепная реакция
ПЭ – парамиотония Эйленбурга
сМ – сантиморганида
СС – спорадический случай
т.п.н. – тысяча пар нуклеотидов
ФГБУ «МГНЦ» РАМН – Федеральное государственное бюджетное учреждение
«Медико-генетический научный центр» Российской академии медицинских наук
ЭДТА – этилендиаминтетрауксусная кислота
CLCN1 - chloride channel 1
HGMD – Human Genetic Mutation Database
MLPA - Multiplex Ligation-dependent Probe Amplification
NCBI – National Center for Biotechnology Information
OMIM – Online Mendelian Inheritance in Man
SCN4A - sodium channel, voltage-gated, type IV, alpha subunit
SNP – Single Nucleotide Polymorphism
TBE – трис-боратный буфер
