Scientific journal
International Journal of Applied and fundamental research
ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,564

THE LONG ARM OF Y CHROMOSOME TRIPLICATION (YQ11.223Q11.23) IN A BOY WITH SPEECH DEVELOPMENT DELAY AND AUTISM.

Kolotiy A.D. 1, 2 Vorsanova S.G. 1, 2, 3 Yurov Yu.B. 1, 2, 3 Vasin K.S. 1, 2 Kuznetsova S.Yu. 1 Gordeeva M.L. 1 Iourov I.Yu. 1, 2, 4
1 Academician Yu.E. Veltishchev Research Clinical Institute of Pediatrics
2 FSBSI «Mental Health Research Center»
3 Moscow State University of Psychology & Education
4 Russian Medical Academy of Postgraduate Education of the Ministry of Health of the Russian Federation
Since the introduction of molecular karyotyping method in genetic diagnostics, cases of structural unbalanced rearrangements of chromosome Y in boys with mental retardation, developmental anomalies and autism have been increasingly revealed. We present a clinical and genetic description of a boy with speech development delay, autism, microcephaly, microanomalies, skeletal anomalies with triplication of the Yq11.223q11.23 segment, of 3.5 million bp size, revealed by cytogenetic and molecular-cytogenetic (SNParray) researches. The triplication of Y chromosome affected 112 genes, 10 of which are indexed in OMIM. These 10 genes are associated with spermatogenesis, the functions of the remaining genes have not yet been fully explored, and it is possible that some of them may be associated with gene expression. In addition to this rearrangement, intragene deletions in 2 autosomal genes in a child were identified by molecular karyotyping. The effect of the detected genetic changes on the phenotype is discussed, the main one of which is probably the triplication of Y chromosome.
Y chromosome triplication
speech development delay
autism
molecular karyotyping
arrayCGH
SNParray

Долгое время считалось, что структурные перестройки хромосомы Y не могут оказывать клинического эффекта в виде умственной отсталости и задержки развития, поскольку гены, вовлечённые в перестройки хромосомы Y, в основном связаны с поддержанием репродуктивных функций у мужчин. Однако с момента внедрения в диагностику методов молекулярного кариотипирования (arrayCGH, SNParray) появляется всё больше данных за то, что микродупликации и делеции хромосомы Y могут являться причиной умственной отсталости, аутизма, нарушения поведения и аномалий развития [3–5, 8, 9, 12, 17]. Стандартным кариотипированием, как правило, невозможно выявить микроструктурные перестройки хромосомы Y в силу разрешающей способности метода. В представленном нами случае перестройка была обнаружена цитогенетическим методом благодаря CBG-окрашиванию, тогда как GTG-окраска была неэффективна. Влияние структурных изменений хромосомы Y на фенотип остаются дискуссионным вопросом по той причине, что перестройки хромосомы Y редко встречаются в изолированном виде, без других изменений генома, которые также могут оказывать свое влияние на клинические проявления [5, 7, 10, 21]. Мы приводим описание мальчика с подобными геномными изменениями.

Материалы и методы исследования

В работе обследовался ребёнок мужского пола 4,5 лет. Цитогенетические исследования 72-часовой культуры лимфоцитов периферической крови с применением дифференциальной окраски хромосом по длине (GTG- и CBG-окрашивание) проводились по стандартным методикам [2]. Дополнительно ребенку проводилось молекулярное кариотипирование с использованием SNP/олигонуклеотидной микроматрицы Affymetrix Cytoscan HD, содержащей более 2,5 млн проб, с последующим биоинформатическим анализом [16].

Результаты исследования и их обсуждение

Поступивший на обследование мальчик 4,5 лет – ребёнок от 2-й беременности, протекавшей на фоне угрозы прерывания. Роды протекали срочно, стремительно. Масса тела пробанда при рождении составляла 3380 г., длина тела – 53 см. Оценка по шкале Апгар – 8/9 баллов. Голову стал держать с 1 мес., сидеть – с 7 мес., ходить – с 14 мес. Походка была неуверенная, шаткая. Во время рождения ребёнка возраст обоих родителей составлял 36 лет. Старший сибс (15 лет) здоров.

В результате обследования у ребенка были отмечены следующие клинические признаки: задержка психоречевого развития, аутистические черты в поведении, микроцефалия (окружность головы 49 см). Наблюдались такие клинические изменения, как короткая шея, S-образный грудо-поясничный сколиоз, узкая грудная клетка с килевидной деформацией, деформация нижних конечностей, плоско-вальгусные стопы, гепатоспленомегалия. Из микроаномалий развития выявлялись: краниостеноз, эпикант, рост волос на лбу в виде «мыса вдовы». При МРТ головного мозга патологии не выявлено. У ребенка отмечался аллергический ринит.

Кариотипирование по месту жительства патологии не выявило. Кариотип – 46,ХУ. Повторное цитогенетическое исследование в НИКИ педиатрии им. акад. Ю.Е. Вельтищева с использованием GTG и CBG окрашивания позволило обнаружить увеличение эухроматина в длинном плече хромосомы Y с одновременным уменьшением конституционного гетерохроматина (рис. 1, а, б, в). Эти изменения в хромосоме были видимы только при CBG-окраске (рис. 1, б). На рис. 1 для сравнения приведена нормальная хромосома Y (рис. 1, в).

kol1.tif

Рис. 1. Хромосома Y пробанда (а, б) и нормальная хромосома Y (в) – приведена для сравнения.
а) GTG-окраска дает гомогенное окрашивание хромосомы Y, б) CBG-окраска позволяет отобразить эухроматиновый (светлый) и гетерохроматиновый (темный) участки хромосомы. При сравнении CBG-окрашивания хромосомы пробанда и нормальной хромосомы Y (б) заметно значительное увеличение эухроматина в длинном плече и уменьшение гетерохроматинового участка в хромосоме Y пробанда

Увеличение эухроматина было предположительно расценено как дупликация. Кариотип ребенка после цитогенетического исследования: 46,Х,dup(Y)(q11.2?1q11.2?3)qh-. Для уточнения хромосомной аномалии проводилось молекулярное кариотипирование (SNParray), в результате которого увеличение эухроматина хромосомы Y было определено как трипликация Yq11.223q11.23 (геномная локализация: 24985261-28451874; размер 3.466.613 пн) (рис. 2), затронувшая 112 генов, десять из которых индексированы в OMIM: TTTY17A, TTTY4, TTTY3, BPY2, DAZ1, DAZ3, DAZ2, CDY1, CSPG4LY, GOLGA2P2Y. Перечисленные гены экспрессируются в клетках яичек и связаны с мужской фертильностью или являются псевдогенами (нефункциональными генами) (CSPG4LY, GOLGA2P2Y).

Помимо этого, были обнаружены изменения в 2 аутосомных генах: делеция в гене KYNU, локализованном в участке длинного плеча хромосомы 2 (2q22.2), размером 1782 пн, затронувшая девятый (десятый, в зависимости от изоформы) экзон этого гена, данный ген вовлечён в две геномные сети [KEGG ID: hsa00380 (tryptophan metabolism), hsa01100 (metabolic pathways)]; и делеция в гене ETS1, локализованном в участке длинного плеча хромосомы 11 (11q24.3), размером 3488 пн, затронувшая с третьего по четвертый (с седьмого по восьмой, с девятого по десятый, в зависимости от изоформы) экзоны гена ETS1. Данный ген вовлечён в пять геномных сетей [KEGG ID: hsa04014 (ras signaling pathway), hsa04320 (dorso-ventral axis formation), hsa05166 (HTLV-I infection), hsa05200 (pathways in cancer), hsa05211 (renal cell carcinoma)].

kol2.tif

Рис. 2. Графическое отображение участка трипликации хромосомы Y после проведения молекулярного кариотипирования

Дупликации и делеции длинного плеча хромосомы Y, в участке Yq11.223q11.23, вовлечённом в трипликацию у нашего ребёнка, являются рекуррентными, неоднократно наблюдались в нашей практике и были описаны в литературе [4, 7, 9, 11]. В частности, такие перестройки были отмечены у детей с задержкой интеллектуального развития и аутизмом. Трипликации этого участка, как в нашем случае, встречаются редко. Анализ приведённых генетических изменений, обнаруженных у нашего ребёнка, указывает на то, что перечисленные 10 генов хромосомы Y, расположенные в участке трипликации и индексированные в OMIM, с малой долей вероятности могли бы быть ответственны за фенотипические проявления, поскольку связаны со сперматогенезом. Мутации в гене KYNU ассоциированы с аутосомно-рецессивным заболеванием гидроксикинуренинурией (hydroxykynureninuria [OMIM:236800]), известным как синдром Кнаппа – Комровера [13, 19, 20]. Синдром характеризуется задержкой психомоторного и речевого развития, вегетативной дистонией, церебеллярной атаксией, эпилепсией, повышенным содержанием в моче кинуренина, 3-гидроксикинуренина и ксантуреновой кислоты. Однако, учитывая наличие у ребёнка мутации лишь в гетерозиготном состоянии и отсутствие характерных для синдрома биохимических изменений в моче, говорить о данном синдроме у пробанда не представляется возможным. Ген ETS1 является прото-онкогеном и фактором транскрипции, участвующим в регуляции многих генов, которые связаны с развитием стволовых клеток, клеточным старением и гибелью клетки [15]. Ген экспрессируется в основном в лимфатических узлах и в селезёнке. Мутации в этом гене связаны с онкологическими и иммунными заболеваниями. Таким образом, в данное время обнаруженные делеции в генах KYNU и ETS1 не могут быть причиной клинических особенностей ребёнка. Однако, помимо генов, индексированных в базе OMIM, в участке Yq11.223q11.23 расположено около 100 генов, одни из которых являются псевдогенами, но другие сохраняют свою кодирующую способность. Некоторые функции этих генов недостаточно изучены, и можно сделать предположение о возможной связи этих, не индексированных в OMIM, генов с задержкой развития и аутизмом. Известно, что дупликации хромосомы Y в некоторых случаях не вызывают таких клинических признаков, какие отмечены у пробанда, но связаны с нарушением репродуктивной функции и особенностями поведения [1, 6]. В литературе известны некоторые микродупликационные синдромы, при которых родители – носители дупликации фенотипически здоровы, тогда как ребёнок, имеющий такую же дупликацию – болен. Примером может служить синдром дупликации длинного плеча хромосомы 22 (22q11.2) [OMIM:608363], при котором в 70 % случаев дупликация наследуется от одного из родителей, являющегося бессимптомным носителем [22]. Размер дупликации 22q11.2 может достигать 3 млн пн. Механизмы возникновения или отсутствия симптомокомплекса при этом синдроме неясны. Возможно, дупликации хромосомы Y также связаны с такими же, неизвестными пока, механизмами. В нашем случае у ребенка имелась трипликация, и можно предположить, что трипликации могут оказывать более значительное влияние на фенотип.

Заключение

С внедрением в генетическую диагностику метода молекулярного кариотипирования выявляемость геномных нарушений по сравнению с цитогенетическим анализом увеличилась во много раз, при этом множественные изменения генома у одного индивидуума наблюдаются достаточно часто [5, 7, 9, 18]. Однако трактовка обнаруженных генетических изменений при корреляции генотип-фенотип может быть связана с определенными сложностями, особенно в случаях сочетания нескольких аномалий. Гены, индексированные в базе OMIM, составляют только часть всех функциональных генов, значение, взаимодействие и роль в развитии организма которых пока недостаточно изучены. Остается много вопросов относительно различной проявляемости клинических признаков и их полиморфизма при одинаковой генетической аномалии у разных индивидов. Учитывая данные литературы и собственные наблюдения группы детей мужского пола с задержкой развития, аутизмом и особенностями поведения, имеющих аналогичную нашему случаю перестройку хромосомы Y, мы считаем, что основные фенотипические проявления у нашего ребёнка связаны с трипликацией хромосомы Y. Последнее время в литературе появляются данные о том, что некоторые «молчащие» гены могут быть регуляторами экспрессии генов, в частности связанными с нейродегенеративными заболеваниями, умственной отсталостью и аутизмом [14]. По-видимому, дальнейшие исследования функционирования большего числа генов и их взаимодействий, помимо генов, индексированных в базе OMIM, позволят найти ответы на многие вопросы, касающиеся корреляции генотип-фенотип в подобных случаях.

Работа поддержана грантами РФФИ (проекты № 16-54-76016 ЭРА_а и № 17-04-01366 А).