Генетические заболевания

    Заболевание вызвано генетическим дефектом конкретного гена. Если ребенок, поражен БТС, то это означает, что он унаследовал по одной копии дефектного гена от каждого родителя. Заболевание проявляется тогда, когда в нервных клетках мозга накапливается опасное количество ганглиозидов, что в результате приводит к преждевременной смерти этих клеток. На сегодня не существует никаких эффективных лекарств или иных методов лечения для этой болезни. БТС - встречается довольно редко, по сравнению с другими рецессивными заболеваниями, такими как, например, муковисцидоз (кистозный фиброз) и серповидно-клеточная анемия - которые более распространенные.
 

      Болезнь названа в честь британского офтальмолога Уоррена Тея (который первым описал красное пятно на сетчатке глаза в 1881 году) и американского невролога Бернарда Сакса, который работал в больнице Маунт Синай в Нью-Йорке (он описал клеточные изменения, происходящие при БТС и в 1887 году отметил, увеличение частоты заболевания среди евреев ашкенази, которые этнически походят с территории Восточной Европы).
 

   Исследования заболевания, которые проводились в конце ХХ века показали, что болезнь Тея-Сакса обусловлена мутациями гена HEXA, который находится на 15 хромосоме. На сегодня уже выявлено большое количество мутаций HEXA, а новые исследования дают информацию о новых мутациях. Эти мутации очень часто встречаются в нескольких популяций. Количество носителей среди франко-канадцев (живущих на юго-востоке провинции Квебек) почти такое, как среди евреев-ашкенази, однако, мутации, вызывающие БТС среди этих этнических групп - разные. Многие представители этнической группы Кейджн (которые сегодня живут на территории южной Луизианы) являются носителями таких же мутаций, которые наиболее распространены среди евреев-ашкенази. Как уже было сказано, эти мутации очень редки и не встречаются среди генетически изолированных популяций. То есть, болезнь может возникнуть лишь от наследования двух независимых мутаций в гене HEXA.

 

   Болезнь Тея-Сакса классифицируется по разным формам, в зависимости от времени возникновения неврологических симптомов. Форма заболевания отражает вариант мутации.

 

      На протяжении первых шести месяцев после рождения дети развиваются нормально. Но, после того как нервные клетки накапливают ганглиозиды и, таким образом растягиваются, наблюдается непрерывное ухудшение умственных и физических способностей больного. Ребенок становится слепой, глухой, и не может глотать. Мышцы начинают атрофироваться, вследствие чего наступает паралич. Смерть обычно наступает в возрасте до четырех лет.

 

      Эта форма заболевания встречается крайне редко и обычно проявляет себя у детей в возрасте от 2 до 10 лет. У них развиваются когнитивно-моторные проблемы, проблемы с речью (дизартрия), глотанием (дисфагия), шаткость походки (атаксия), возникает спастичность. Пациенты с подростковой формой БТС обычно умирают в возрасте от 5 до 15 лет.

 

    Редкая форма расстройства, известная как взрослая форма болезни Тея-Сакса или поздняя форма болезни Тея-Сакса (LOTS), возникает у пациентов в возрасте от 20 до 30 лет. LOTS часто неправильно диагностируется, и, как правило, не имеет летального исхода. Она характеризуется нарушением походки и прогрессирующим ухудшением неврологических функций. Симптомами данной формы, которая возникает в подростковом или раннем взрослом возрасте, являются: проблемы с речью и глотанием, шаткость походки, спастичность, снижение когнитивных навыков, возникновения психических заболеваний, в частности шизофрении в виде психоза.

 

    Еще до 1970-х и 80-х годов, когда стала известна молекулярная природа заболевания, взрослую и подростковую формы почти никогда не рассматривали, как формы болезни Тея-Сакса. БТС, которая возникала в подростковом или взрослом возрасте часто диагностировали как другие неврологические расстройства, например как атаксию Фридрейха. Люди, пораженные БТС во взрослом возрасте, часто передвигаются с помощью инвалидного кресла, однако многие из них живут почти полноценной жизнью, однако лишь в том случае, если приспособятся к физическим и психиатрическим осложнениям (которые можно контролировать с помощью медицинских препаратов).
 

     Журналистка Джанет Сильвер Гент (Janet Silver Ghent) описала опыт девушки Веры, которая была родом из русско-еврейской семьи, иммигрировавшей в США, когда она была еще ребенком. Двадцать лет назад, когда Вере Песотчинской (Vera Pesotchinsky's) было 14, у нее появились трудности с речью (ее речь стала нечеткой, невнятной), именно поэтому родители обратились за помощью к логопеду. Позже, у девушки начали возникать проблемы с координацией, иногда она даже падала, кроме того, Вера не могла четко сделать определенные координированные движения (например, не могла почистить картошку). Мать Веры обратилась за консультацией к специалистам в области неврологии и психиатрии. И только через 12 лет и после большого количества неправильных диагнозов, у девушки, наконец, диагностировали LOTS.

    Несмотря на свою инвалидность, Вера окончила колледж Уэлсли (Wellesley College) и получила научную степень магистра управления (англ. МВА) в Университете Санта-Клара (Santa Clara University). Согласно словам Дж. Гент Вера живет самостоятельно, ежедневно работает в семейном бизнесе, и кроме того, она твердо убеждена, что не стала жертвой БТС, а ее пример указывает на то, что с этим заболеванием можно вполне нормально жить. Вера является примером для всех больных БТС, она обращается ко всем пораженным этой болезнью людей и добавляет мотивации для борьбы за здоровье: «Конечно, вы можете «развалиться» на части и быть больным, но вы можете и лечиться. Делайте все что вы можете для лечения болезни, потому что если бы я этого не делала, то моя ситуация была бы значительно хуже ».

 

   Болезнь Тея-Сакса возникает вследствие недостаточной активности фермента гексозаминидазы А, который катализирует биодеградацию определенного класса жирных кислот известных как ганглиозиды. Гексозаминидаза А является жизненно необходимым гидролитическим ферментом, который находится в лизосомах и разрушает липиды. Когда гексозаминидаза А перестает функционировать должным образом, липиды накапливаются в головном мозге и препятствуют нормальным биологическим процессам. Ганглиозиды производятся и биодеградируют быстро, в самом начале жизни, в то время как развивается мозг. Пациенты и носители болезни Тея-Сакса, могут быть определены путем сдачи относительно простого биохимического анализа крови, который определяет активность гексозаминидазы А.

 

  Для гидролиза GM2-ганглиозида необходимыми являются три белка. Два из них - субъединицы гексозаминидазы А, а третий - небольшой гликолипидный транспортный белок, GM2 белок-активатор (GM2A), выступающий в качестве субстрата для конкретного кофактора фермента. Дефицит любого из этих белков приводит к накоплению ганглиозид, главным образом в лизосомах нервных клеток. Болезнь Тея-Сакса (вместе с GM2 ганглиозидозом и болезнью Сандхоффа) возникает через генетические мутации, унаследованные от обоих родителей, которые отключают или тормозят процесс расщепления этих веществ. Большинство мутаций БТС, как считают ученые, не влияет на функциональные элементы белка. Вместо этого, они вызывают неправильное накопления или хранения фермента, в связи с чем, внутриклеточная транспортировка становится невозможной.

 

   БТС - это аутосомно-рецессивное генетическое заболевание. Это означает, что в том случае, если оба родителя являются носителями дефектного гена, то риск того, что новорожденный ребенок будет больным составляет 25%. Аутосомные гены - это хромосомные гены, они не находятся на одной из половых хромосом. Каждый человек является носителем двух копий каждого аутосомно гена, по одной унаследованной от каждого из родителей. Если оба родителя - носители мутации, то согласно генетических законов Менделя, вероятность передачи болезни ребенку составляет 25%. Как и все генетические заболевания, ХТС может возникнуть в любом поколении, при этом не важно, когда впервые возникла мутация. Хотя мутации, которые вызывают БТС, встречаются довольно редко.
 

    Аутосомно-рецессивные заболевания возникают, если ребенок наследует две копии дефектного аутосомно гена, то есть когда одна копия не может участвовать в процессе транскрипции или экспрессии в качестве функционального продукта для образования фермента.
 

   БТС вызвана мутацией гена HEXA, который находится на 15 хромосоме и кодирует деятельность альфа-субъединицы лизосомного фермента бета-N-ацетилгексоаминидазы А. К 2000 году, было определено более 100 мутаций в гене HEXA, однако, еще и сегодня количество известных мутаций постоянно увеличивается. Эти мутации происходят в виде вставок пар оснований, их делеций, это могут быть сплайс-сайт мутации, точечные мутации и другие. Каждая из этих мутаций изменяет белковый продукт, и тем самым подавляет активность фермента. Проведенные недавно демографические исследования, показали, какие из мутаций возникают и распространяются в пределах малочисленных этнических групп. Основой для исследования стали следующие группы:
 

 

     В 1960-х и начале 1970-х годов, когда впервые стали известны биохимические основы болезни Тея-Сакса, последовательность мутации, которая вызвала любое генетическое заболевание не могла быть точно определена. Исследователи той эпохи еще не знали на сколько распространенным может быть полиморфизм. Знание того времени отражает именно «гипотеза о еврейском торговце мехами», ведь согласно ей, возможно распространение только одной мутации между популяциями. Дальнейшие исследования показали, что БТС может вызвать большое количество мутаций, каждая из которых вызывает появление различных форм заболевания. Именно БТС стала первым генетическим нарушением, которое показало возможность возникновения такого явления как компаундная (объединенная) гетерозиготность. Такие основательные знания стали доступны благодаря тому, что БТС была первой болезнью, для определения которой начали широко использовать генетический скрининг.

 

   Само явление компаудной гетерозиготности объясняет различные формы расстройства, в том числе и возникновение взрослой формы БТС. Потенциально, заболевание может возникнуть в результате наследования двух отличных мутировавших копий гена HEXA, по одной от каждого родителя. Классическая инфантильная форма БТС возникает, если ребенок унаследовал от обоих родителей одинаково мутировавшие копии гена, нарушение функции которого вызывает полную инактивацию процесса расщепления (биодеградации) ганглиозидов. Взрослая форма БТС возникает через наследование различных мутаций, и несмотря на то, что человек может быть гетерозиготным, он может унаследовать две различные мутации гена HEXA, совместное действие которых приводит к инактивации, изменению или уменьшению активности нужного фермента. Если у пациента хотя бы одна копия гена HEXA позволяет гексозаминидазе осуществлять свои функции, то результатом этого является возникновение взрослой формы БТС.

 

    У гетерозиготных носителей, т.е. у лиц, которые унаследовали лишь одну мутантную аллель, уровень активности фермента тоже несколько понижен, однако никаких признаков или симптомов заболевания у них не проявляется. Брюс Корф объясняет, почему у носителей рецессивных мутаций, как правило, не возникает симптомов генетического заболевания:

«биохимические основы доминирования аллелей дикого типа над мутантными аллелями при врожденных метаболических заболеваниях, можно понять, изучив процесс функционирования белков. Ферменты - белки, которые катализируют химические реакции, т.е. для нормального осуществления реакции катализа необходимо лишь небольшое количество вещества. Если у гомозиготных особей, ген кодирующий деятельность фермента мутирован, то это приводит к уменьшению активности фермента или вообще к его отсутствию в организме, т.е. у этого человека будет проявляться ненормальный фенотип. Зато у гетерозиготных лиц уровень активности фермента составляет не менее 50% от нормального уровня, через экспрессию (действие) аллелей «дикого типа». Обычно этого достаточно, чтобы предотвратить нарушение фенотипа».

   Совершенствование разработанных методов тестирования позволило невропатологам гораздо точнее диагностировать болезнь Тея-Сакса и другие неврологические заболевания. Однако, иногда болезнь Тея-Сакса диагностируется неправильно, потому что врачи не уверены в том, это разновидность генетического заболевания, характерного для евреев ашкенази.
 

    Пациенты с данным заболеванием имеют "вишневое" пятно макулы, которое легко выявить врачу с помощью офтальмоскопа на сетчатке глаза. Это пятно является участком сетчатки, которая увеличивается через накопления ганглиозидов в окружающих ганглиозных клетках сетчатки (они являются нейронами центральной нервной системы). Таким образом, только вишневая пятна макулы является той частью сетчатки, которая обеспечивает нормальное зрение. Микроскопический анализ нейронов показывает, что эти клетки растянуты (нагруженные ганглиозидами) в связи с избыточным накоплением ганглиозидов. Без использования молекулярных методов диагностики, только вишневое пятно макулы является характерной чертой и признаком при диагностировании всех ганглиозидозов.

 

      В отличие от некоторых других лизосомальных болезней накопления (например, болезни Гоше, Нимана-Пика, Сандхоффа), гепатоспленомегалия не является характерным признаком болезни Тея-Сакса.

 

       Журналист Аманда Пазорник (Pazornik) описывает опыт семьи Арбогаст: "Пейтон была красивой девочкой, - но она не могла сидеть, переворачиваться, играть со своими игрушками. Причем симптомы Пейтон прогрессивно ухудшались. Громкий, непонятный шум пугал ее. Неспособность координировать движения мышц рта и языка приводила к тому, что она могла поперхнуться во время приема пищи и была причиной чрезмерного выделения слюны». Поскольку ни один из родителей Пейтон не был евреем, ее врачи не подозревали, что она поражена болезнью Тея-Сакса, до тех пор, пока ей не исполнилось 10 месяцев, именно тогда офтальмолог заметил вишневое пятно макулы в ее глазах. Пейтон умерла в 2006 году в возрасте 3,5 лет. Это характерный ход заболевания. Ребенок становится все более "ленивым" из-за нарушения нейродегенеративного развития и показывает чрезмерный рефлекс от гиперакузии. Больной человек становится все более вялым и имеет проблемы при потреблении пищи. Могут стать заметными спастичность и двигательные расстройства. Это расстройство является наиболее распространенным среди евреев Ашкенази.

 

 

       Профилактика

 

     Скрининг БТС осуществляется двумя возможными путями:
 

 - Тест на определение носителя. Во время его проведения выявляют, является ли здоровый человек носителем одной копии мутации. Многие люди, желающие пройти тест на определение носителя, является парами из групп риска, которые планируют создать семью. Некоторые люди и супружеские пары хотят пройти скрининг, поскольку они знают о наличии генетического заболевания у предков или членов их семьи.
 

 - Пренатальное тестирование помогает определить, унаследовал ли плод две дефектные копии гена, по одной от каждого родителя. При использовании данной диагностики, как правило,нужно большое количество информации, о семейной истории и мутации (которые известны точно). Пренатальное тестирование для БТС обычно выполняют, если оба родителя не могут быть исключены как возможные носители. В некоторых случаях, статус матери, может быть известен, а отца или неизвестен или недоступен для тестирования. Данный тест может быть выполнен через анализ активности фермента HEXА в эмбриональных клетках полученных путем биопсии хориона или амниоцентеза. Если конкретная мутация была обнаружена у обоих родителей, то можно сделать более точное исследование с помощью технологий для анализа мутаций, а именно ПЦР (полимеразная цепная реакция, PCR).

 

     Доступны два технических подходы к тестированию мутаций Тея-Сакса. Первым подходом является испытание ферментативной активности, когда тестируется фенотип на молекулярном уровне путем измерения уровня активности ферментов, в то время как анализ мутаций (второй подход) тестирует непосредственно генотип, ища известные генетические маркеры. Как и во всех медико-биологических исследованиях, для обоих подходов характерны ложноположительные и ложно отрицательные результаты. Два метода используются параллельно, поскольку испытания ферментативной активности может оказаться измененным в случае всех мутаций, однако с некоторыми неубедительными результатами, в то время как анализ мутаций предоставляет достоверные результаты, но только для известных мутаций. Семейная история может быть использована для выбора более эффективного направления тестирования.
 

   Обе пренатальная диагностика и диагностика определения носителя путем определения ферментативной активности стали доступны в 1970-х годах. Анализ мутаций был постепенно добавлен в перечень исследований после 1990 года, поскольку лишь тогда уменьшилась стоимость ПЦР. Со временем, после того как известная база мутаций увеличилась, анализ мутаций стал играть более значительную роль.

 

     2. Исследование ферментативной активности
 

  Исследование ферментативной активности позволяет выявить тех людей, у которых понижен уровень гексозаминидазы А. Появление тестов, помогающих определить уровень фермента в сыворотке крови сделал возможным проведение широкомасштабного скрининга болезни Тея-Сакса для тех групп населения у которых повышен риск возникновения заболевания, в частности у евреев ашкенази. Разработан в конце 1960-х, а затем автоматизирован в 1970-х годах тест стал первым медицинским генетическим тестом. При первом применении тест показал несколько ложных положительных результатов среди евреев ашкенази (которые были первой целевой группой для скрининга).

 

    Успешное исследование ферментативной активности среди жителей одной популяции не всегда 100% верно для других этнических групп, в силу различия мутационной базы. При различных мутациях, уровень фермента - разный, а соответственно поэтому, отличаются и результаты анализов. Многие полиморфизмы являются нейтральными, а другие влияют на фенотип, не вызывая заболевания. Наиболее эффективным было исследование, которое проводилось среди евреев ашкенази, ведь среди населения этой группы количество аллелей псевдо дефицита значительно меньше, чем среди населения в общей популяции.

 

   Наилучшим материалом для определения уровня фермента в организме до сих пор остается сыворотка крови, ведь ее исследования - недорогое и проводится без специальных инвазивных процедур. Как правило, цельная кровь сворачивается нормально, однако для определения активности фермента необходимо проанализировать его активность в лейкоцитах, белых кровяных тельцах, которые представляют собой лишь незначительную часть всей крови. Тестирование сыворотки крови лишь в 10% дает сомнительные результаты, если исследование проводится с использованием материала человека, который не относится к выше описанным этнических групп. Анализ сыворотки крови, как правило, не применяется при проверке уровня активности фермента у беременных женщин или у тех женщин, которые употребляют гормональные противозачаточные таблетки. Для того чтобы устранить эти пробелы, были разработаны другие методы, позволяющие определить необходимый уровень активности этого конкретного фермента.
 

     Хотя изначально тестирование человеческих мутаций проводилось путем изъятия ДНК из больших образцов тканей, с современными технологиями, а именно, с использованием полимеразной цепной реакции, возможным стал забор небольших образцов ткани, которые можно получить с привлечением минимальных инвазивных методов, и сравнительно за очень низкими ценами. Технология ПЦР позволяет увеличить образец ДНК, а затем проверить генетические маркеры для выявления фактических мутаций. Имеющийся метод ПЦР тестирует панель из наиболее распространенных мутаций, хотя это оставляет открытой малую вероятность возникновения как ложно положительных, так и ложно отрицательных результатов.

    Этот метод является более эффективным, когда известно происхождение (родословная) обоих родителей, что позволяет правильно выбрать генетические маркеры. Генетические консультанты, работающие с парами, которые планируют зачать ребенка, оценивают факторы риска на основе происхождения (родословной) будущих родителей для того, чтобы определить, какой метод тестирования является более уместным.

 

    Технология анализа мутаций значительно подешевела с 1980 года, в связи с техническим развитием, которое происходило параллельно с прогрессом в области вычислений и технологии обработки информации. В то же время, возросло количество известных мутаций, что позволило исследователям и практикам правильно интерпретировать полученные данные, о мутациях.

 

    Вскоре, определения последовательности и анализ всего гена HEXA для тех людей, которые находятся в зоне риска, будет доступным по стоимости. Возможна даже такая перспектива, что в будущем, все люди, даже те, у которых нет никаких известных факторов риска, будут в состоянии позволить себе сделать полное исследование нуклеотидной последовательности своего генома (секвенирование). Это станет реальностью с помощью использования современных биотехнологий (персонализированная геномика, как часть более общей персонализированной медицины). Такая проверка будет идентифицировать новые, а также известные мутаций. Поскольку стоимость анализа мутаций постоянно снижается, генетики должны учитывать факт того, что полное секвенирование генома определяет много полиморфизмов, многие из которых являются нейтральными или безвредными.

     Чешский генетик Ева Мачакова (Eva Machácková) пишет: "В некоторых случаях трудно различить, является ли обнаруженный вариант последовательности - мутацией, или это нейтральное (полиморфное) изменение без какого-либо влияния на фенотип. Интерпретация редких вариантов последовательности неизвестного доселе значения обнаруженного в генах, изменения в которых вызывают болезни, становится все более важной проблемой. "

 

   Скрининг носителей болезни Тея-Сакса был одним из первых крупных успехов в сфере генетического консультирования и диагностики. Проактивное тестирование было достаточно эффективным при уменьшении частоты появления БТС среди евреев Ашкенази, как в Израиле, так и среди жителей диаспоры. В 2000 году, Майкл Кабак (Michael Kaback) сообщил, что в Соединенных Штатах и Канаде, случаи заболеваемости БТС среди еврейского населения снизились более чем на 90% с появлением генетического скрининга.

     18 января 2005, израильская газета (выходит на английском языке и иврите) "Га-арец" ("Haaretz") сообщила, что болезнь Тея-Сакса как одна из наиболее распространенных болезней среди еврейского народа была почти полностью ликвидирована. С 10 младенцев, рожденных с БТС в Северной Америке в 2003 году, ни один из них не был из еврейской семьи. В Израиле, только один ребенок родился с болезнью Тея-Сакса в 2003 году, и по предварительным результатам начала 2005 года было отмечено, что в 2004 году ни один младенец, который появился на свет, не был болен БТС.
 

    Для предотвращения или уменьшения случаев заболеваемости болезнью Тея-Сакса среди населения евреев Ашкенази были использовано три подхода:
 

   - Пренатальная диагностика. Если оба родителя определены как носители, пренатальный генетический тест может определить, унаследовал ли плод по одной дефектной копии гена от обоих родителей. Для пар, желающих прервать беременность, это исключает риск БТС, но аборт в некоторых семьях поднимает этические вопросы. Биопсия хориона (CVS), которая может быть выполнена после 10-й недели беременности (т.е. на ранних сроках), является наиболее распространенной формой пренатальной диагностики. Оба CVS и амниоцентез (анализ околоплодных вод) сопровождаются риском для развития плода, поэтому необходимо взвесить все возможные преимущества, особенно в тех случаях, когда известен только статус носителя одного из родителей.
 

   - Выбор партнера. В ортодоксальных еврейских кругах, Комитет предупреждения генетических заболеваний (Dor Yeshorim) проводит анонимную программу скрининга, которая в свою очередь может помочь избежать женитьбе пар, которые могут зачать ребенка с болезнью Тея-Сакса или иным генетическим заболеванием. Номи Стоун (Nomi Stone) из Дартмутского колледжа (Dartmouth College) описывает этот подход следующим образом: -

"Ортодоксальные еврейские школьники сдают анализ крови для определения того, есть ли у них ген, вызывающий БТС и вместо того, чтобы получать прямые результаты, каждому человеку присваивается шестизначный идентификационный номер. Пары могут позвонить на телефон горячей линии, и если оба родителя  являются носителями, они будут считаться "несовместимыми". Людям прямо не сообщают об их статусе, для того чтобы избежать любой возможности стигматизации и дискриминации». Стоун отмечает, что этот подход, является эффективным в пределах узких групп населения, таких, как хасиды или ортодоксальные евреи, и неэффективным при применении в общей популяции.
 

 - Предимплантанционная генетическая диагностика. После получения яйцеклеток матери для искусственного оплодотворения и зачатия ребенка вне матки, возможным является проверка эмбриона до имплантации. Для переноса в матку матери избираются только здоровые эмбрионы. В дополнение к болезни Тея-Сакса, ПГД используется для предотвращения муковисцидоза, серповидно-клеточной анемии, болезни Хантингтона и других генетических нарушений. Однако этот метод требует больших затрат, поскольку при нем задействованы дорогие инвазивные медицинские технологии.

     Продолжение описания этого заболевания вы можете найти в статье "Болезнь Тея-Сакса (вторая часть)"