Научный журнал

Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955

ИФ РИНЦ = 0,593

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Колотий А.Д. 1, 2 Ворсанова С.Г. 1, 2, 3 Юров Ю.Б. 1, 2, 3 Васин К.С. 1, 2 Кузнецова С.Ю. 1 Гордеева М.Л. 1 Юров И.Ю. 1, 2, 4

---

1 Обособленное структурное подразделение «Научно-исследовательский клинический институт педиатрии имени академика Ю.Е. Вельтищева» ФГБОУ ВО «РНИМУ им. Н.И. Пирогова» Минздрава России

2 ФГБНУ Научный центр психического здоровья

3 ФГБОУ ВО «Московский государственный психолого-педагогический университет»

4 ФГБОУ ДПО «Российская медицинская академия последипломного образования» Минздрава России

С момента внедрения в генетическую диагностику метода молекулярного кариотипирования, все чаще выявляются случаи структурных несбалансированных перестроек хромосомы Y у мальчиков с умственной отсталостью, аномалиями развития и аутизмом. В статье приводится клиническое и генетическое описание мальчика с задержкой психоречевого развития, аутизмом, микроцефалией, микроаномалиями развития, аномалиями скелета, у которого в результате цитогенетического и молекулярно-цитогенетического (SNParray) исследований была обнаружена трипликация длинного плеча хромосомы Y размером 3,5 млн пн в участке Yq11.223q11.23. Трипликация хромосомы Y затронула 112 генов, 10 из которых индексированы в OMIM. Эти 10 генов связаны со сперматогенезом, функции остальных генов изучены еще не в полной мере и, возможно, некоторые из них могут быть связаны с экспрессией генов. Помимо перестройки хромосомы Y у ребенка были выявлены интрагенные делеции в двух аутосомных генах. Обсуждается вопрос влияния обнаруженных генетических изменений на фенотип, основным из которых, вероятно, является трипликация хромосомы Y.

Статья в формате PDF

473 KB

трипликация хромосомы Y

задержка психоречевого развития

аутизм

молекулярное кариотипирование

arrayCGH

SNParray

1. Ворсанова С.Г., Шаронин В.О., Курило Л.Ф. Аномалии половых хромосом при нарушении репродуктивной функции у мужчин: Обзор литературы // Пробл. репродукции. – 1998. – № 2. – С. 12–21.

2. Ворсанова С.Г., Юров Ю.Б., Чернышов В.Н. Медицинская генетика. – М.: Медпрактика, – 2006. – 300 с.

3. Ворсанова С.Г., Юров И.Ю., Куринная О.С., Воинова В.Ю., Юров Ю.Б. Геномные аномалии у детей с умственной отсталостью и аутизмом: использование технологии сравнительной геномной гибридизации на хромосомах in situ (HR CGH) и молекулярного кариотипирования на ДНК-микроматрицах (arrayCGH) // Журнал неврологии и психиатрии им. C.С. Корсакова. – 2013. – Т. 113, № 8. –

С. 46–49.

4. Ворсанова С.Г., Юров Ю.Б., Сильванович А.П., Демидова И.А., Юров И.Ю. Современные представления о молекулярной генетике и геномике аутизма // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 4–2. – С. 356–367.

5. Ворсанова С.Г., Юров И.Ю., Зеленова М.А., Васин К.С., Сильванович А.П., Юров Ю.Б. «Вариом» при аутизме: обнаружение генов-кандидатов с помощью SNP- молекулярного кариотипирования и биоинформатического анализа. // Мультидисциплинарные аспекты молекулярной медицины: сборник материалов 3-го Российского конгресса с международным участием «Молекулярные основы клинической медицины – возможное и реальное». – 2015. – С. 59–61.

6. Ворсанова С.Г., Юров Ю.Б., Куринная О.С., Зеленова М.А., Демидова И.А., Юров И.Ю. Геномные аномалии при аутизме: поиск биомаркеров с помощью молекулярно-цитогенетических технологий. // Современные проблемы науки и образования. – 2016. – № 2. – 14 c.

7. Ворсанова С.Г., Юров И.Ю., Демидова И.А., Кравец В.С., Юров Ю.Б. Цитогенетика и молекулярная цитогенетика аутизма. – М.: Издательский дом Академии Естествознания, 2016. – 144 с.

8. Зеленова М.А., Юров Ю.Б., Васин К.С., Куринная О.С., Ворсанова С.Г., Юров И.Ю. Молекулярное кариотипирование в группе детей с макроцефалией, умственной отсталостью и/или аутизмом и врождёнными пороками развития. // Российский вестник перинатологии и педиатрии. – 2016. – Т. 61, № 4. – С. 194.

9. Зеленова М.А., Ворсанова С.Г., Юров Ю.Б., Воинова В.Ю., Куринная О.С., Юров И.Ю. Микроделеции и микродупликации длинного плеча хромосомы Y у мальчиков с аутизмом и умственной отсталостью. // Психиатрия. – 2014. – № 3(63). – С.43–44.

10. Юров И.Ю., Ворсанова С.Г., Зеленова М.А., Васин К.С., Юров Ю.Б. Биоинформатическая технология оценки функциональных последствий геномных вариаций. // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 2–19. – С. 4209–4214.

11. Юров Ю.Б., Ворсанова С.Г. Молекулярно-цитогенетические исследования хромосомных аномалий и нарушений при нервно-психических заболеваниях: поиск биологических маркеров для диагностики // Вестник РАМН. – 2001. – № 7. – С. 26–31.

12. Юров И.Ю., Ворсанова С.Г., Куринная О.С., Зеленова М.А., Юров Ю.Б. Молекулярное кариотипирование детей с умственной отсталостью и аутизмом. // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 10–6. – С. 1210–1214.

13. Christensen M., Duno M., Lund A.M., Skovby F., Christensen E. Xanthurenic aciduria due to a mutation in KYNU encoding kynureninase. // J. Inherit. Metab. Dis. – 2007 – № 30. – Р. 248–255.

14. Devanna P., Chen X.S., Ho J., Gajewski D., Smith S.D., Gialluisi A., Francks C., Fisher S.E., Newbury D.F., Vernes S.C. Next-generation sequencing identifies non-coding variation disrupting miRNA-binding sites in neurological disorders. // Molecular Psychiatry (online publication). – 2017. – 3, doi: 10.1038/mp.2017.30.

15. Dwyer J., Li H., Xu D., Liu J.P. Transcriptional regulation of telomerase activity: roles of the the (sic) Ets transcription factor family. // Ann. New York Acad. Sci. – 2007. – 1114. – Р. 36–47.

16. Iourov I.Y., Vorsanova S.G., Yurov Y.B. In silico molecular cytogenetics: a bioinformatic approach to prioritization of candidate genes and copy number variations for basic and clinical genome research. // Molecular cytogenetics. – 2014. – № 7(1). – Р. 1–11.

17. Iourov I.Y., Vorsanova S.G., Liehr T., Monakhov V.V., Soloviev I.V., Yurov Y.B. Dynamic mosaicism manifesting as loss, gain and rearrangement of an isodicentric Y chromosome in a male child with growth retardation and abnormal external genitalia // Cytogenet. Genome Res. – 2008. – Vol. 121 (3–4). – P. 302–306.

18. Iourov I.Y., Vorsanova S.G., Kurinnaia O.S., Zelenova M.A., Silvanovich A.P., Yurov Y.B. Molecular karyotyping by array CGH in a Russian cohort of children with intellectual disability, autism, epilepsy and congenital anomalies // Mol. Cytogenet. – 2012. – Vol. 5 (1). – P. 46.

19. Komrower G.M., Wilson V., Clamp J.R., Westall R.G. Hydroxykynureninuria: a case of abnormal tryptophane metabolism probably due to a deficiency of kynureninase. // Arch. Dis. Child. – 1964. – 39. – Р. 250–256.

20. Tada K., Yokoyama Y., Nakagawa H., Yoshida T., Arakawa T. Vitamin B6 dependent xanthurenic aciduria. – 1967. – Tohoku J. Exp. Med. 93. – Р. 115–124.

21. Vorsanova S.G., Iourov I.Y., Korostelev S.A., Zelenova M.A., Vasin K.S., Silvanovich A.P., Yurov Y.B. Autistic variome: gene hunting through SNP-microarray genome analysis and bioinformatics.// Europeal Journal of Human Genetics. – 2015. – № 23. – Suppl.1 – P. 170.

22. Wentzel C., Fernström M., Ohrner Y., Annerén G., Thuresson A.C. Clinical variability of the 22q11.2 duplication syndrome. // Eur. J. Med. Genet. – 2008. – № 51(6). – Р. 501–510.

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).

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)].

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).

Библиографическая ссылка