— Игорь Николаевич, как часто встречается умственная отсталость?

— От 1 до 3% детей в популяции имеют отклонения в интеллектуальном развитии: его задержку, умственную отсталость, аутизм. И не всегда они обусловлены генетическими факторами.

Примерно в половине случаев причины можно определить. В структуре известных причин умственной отсталости есть две примерно равные доли: это средовые факторы, связанные с неблагоприятным образом жизни родителей, приемом лекарств, экологией, и генетические, обусловленные известными хромосомными синдромами, небольшими структурными дефектами хромосом, мутациями в конкретных генах, имеющих отношение к развитию функции мозга.

Вторая половина случаев — это недифференцированная умственная отсталость, причем 25% нарушений определяется невыясненными средовыми факторами, а остальные 25% — неизвестными генетическими особенностями. И наша задача эту неопределенность уменьшать и искать новые причины данного недуга.

— Как ведутся исследования причин интеллектуальных расстройств?

— Традиционный подход состоит в том, чтобы исходить из клинических особенностей пациента. Врач может увидеть, помимо изменений интеллекта, определенные аномалии лица, неправильную форму черепа, глаз. Все это повышает вероятность наличия системной хромосомной патологии. В таких случаях применяется таргетная диагностика, позволяющая поставить диагноз.

Но бывают такие ситуации, когда у ребенка страдает только интеллект, а других признаков нет, тогда состояние характеризуется как несиндромальная умственная отсталость, и решить, в каком направлении вести поиск, очень трудно. В этих случаях мы анализируем возможный дисбаланс по всем хромосомам одновременно, данная технология используется в нашем институте уже пять лет.

— Такая диагностика позволяет выявить причину умственной отсталости в подобных случаях?

— Нужно учитывать, что доля генетических факторов не стопроцентная. Микрочиповая диагностика, по нашим данным, в 12—15% случаев дает информацию о том, что у пациента действительно есть клинически значимые мутации. Если делать секвенирование всех кодирующих последовательностей, то эта цифра, по литературным данным, возрастает до 27%. Проведя полный сиквенс генома пациента с умственной отсталостью, можно найти генетический дефект с вероятностью 42%.

К примеру: есть 100 детей с умственной отсталостью, причина которой неизвестна, а все возможные и доступные для диагностики факторы проверены и исключены. Проведем для таких детей микроматричный хромосомный анализ. У 28 детей выявим микроструктурные изменения в хромосомах: или делеции — потери небольших хромосомных участков, или дупликации — увеличенное число копий какого-то хромосомного участка, которые могут рассматриваться как причина умственной отсталости. Из этого числа у 8 детей будут выявлены характерные мутации, которые уже известны и типичны для какого-нибудь хромосомного синдрома. У 20 детей из этих 28 наблюдаются такие перестройки, которые либо не описаны в литературе, либо есть единичные сообщения, и требуется время и накопление аналогичных клинических случаев, чтобы они сложились в новые самостоятельные синдромы. В этих перестройках, как правило, есть гены, важные для работы мозга, поэтому к ним такое пристальное внимание.

У оставшихся 72 детей причина по-прежнему остается неустановленной. У некоторых из них, кстати, выявляются тоже небольшие хромосомные микроперестройки, но они, по литературным данным, встречаются и у здоровых людей, то есть являются так называемыми генетическими полиморфизмами — разными вариантами организации генов, хромосом. Возникает проблема: в чем причина умственной отсталости у таких детей? Понятно, что, кроме хромосомных мутаций, могут быть мутации и в отдельных генах. Скопировано с Medvestnik.ru. Для этого и нужно делать секвенирование генома, то есть определение непосредственно последовательности нуклеотидов в гене.

В таком случае частота «находок» (отклонений) в геноме обнаружится у 42 детей.

Итак, мы можем определить потерю или увеличение числа копий небольшого участка хромосомы, найти причины таких изменений. Это могут быть ошибки при созревании половых клеток у совершенно здоровых родителей, а бывает, что перестройка унаследована: ее носителем является один из родителей, у которого клинически нет никаких проявлений. Это глобальная научная проблема.

— Часто вы сталкиваетесь с такими случаями?

— В прошлом году мы обследовали ребенка с умственной отсталостью, у которого нашли дупликацию третьей хромосомы, такая же перестройка была у его здоровых отца и бабушки, а ребенок болен. Когда наши врачи общались с мамой ребенка, она, не зная генетику, говорила, что это «папа виноват». По ее словам, он был «вечным троечником», занимается низкоквалифицированным трудом. И мы публикуем статью, где указываем, что отец, носитель мутации, здоров, бабушка здорова.

Мы были первыми в мире, кто описал эту мутацию, статья привлекла внимание зарубежных специалистов. Спустя полгода вышла публикация врачей из университета Питсбурга, которые обратили внимание на новый вариант мутации, объясняющей умственную отсталость, и ретроспективно проанализировали пятилетние результаты своих исследований. Из 3274 пациентов они нашли 12 человек с подобными мутациями и начали их описывать с клинических позиций, сравнивать с нашим пациентом. Они тоже нашли случаи, когда перестройки были унаследованы от отца. И в отношении этих отцов появился термин «learning disabilities» — «трудности в обучении». Получается, что это системный признак для носителей мутации.

— Получается, что такие «находки» просто случайность для генетиков?

— Когда мы находим одного пациента с новой мутацией, возникает проблема: как в таком случае доказать, что именно этот конкретный ген имеет отношение к развитию интеллекта, ведь других пациентов с аналогичной мутацией нет. Более того, мутацию мы находим, используя ДНК, выделенную из лимфоцитов крови, которую можно взять без проблем, но как мы будем изучать нервные клетки? Здесь нам помогает технология получения плюрипотентных стволовых клеток. Мы берем дифференцированную клетку, вводим в нее определенный набор транскрипционных факторов и получаем стволовую клетку, затем с помощью такого же механизма мы из стволовой клетки получаем нейрональные клетки. Этот путь мы прошли совместно с новосибирским Институтом цитологии и генетики СО РАН в рамках гранта Российского научного фонда, проект находится на завершающих этапах.

Таким образом, мы получили нейроны от конкретного пациента с конкретной уникальной хромосомной мутацией. Теперь мы можем изучать эффекты мутаций непосредственно в той ткани, которая имеет значение для патогенеза умственной отсталости: посмотреть, как этот ген функционирует, каков его уровень экспрессии, продукции белка. В рамках этого же гранта ведется интересная работа с коллегами из Берлина, где в Институте клеточной биологии и нейробиологии вводится полученная культура нейронов в головной мозг развивающихся эмбрионов мышей, чтобы посмотреть, как идет дифференцировка клеток в различных отделах мозга, какие слои затронуты.

— Есть ли применение результатов ваших исследований в клинической практике?

— Наши исследования помогают понять, действительно ли это уникальный орфанный пациент, который встретится единожды в популяции, или периодически появляются пациенты с перестройкой в этой хромосомной области. В последнем случае надо собрать все данные о таких пациентах и понять тип наследования, клинические признаки. За этим знанием стоит направленная на определенную часть хромосомы таргетная диагностика, которая будет более дешевой, чем «просмотр» всего генома. А значит, следующий ребенок в семье уже не родится больным.

— Какие возможности появятся у генетики интеллектуальных расстройств в будущем?

— Растет значимость технологии редактирования генома. Можно вводить направленные конструкции, которые позволяют изменить нуклеотидные последовательности, внести мутацию в геном и понять ее значение или, наоборот, ввести нормальную последовательность на месте мутации.

Мы получили грант Российского научного фонда и в течение ближайших трех лет будем реализовывать новый проект. Его задача — генетически модифицировать хромосому с «дефектом», придать ей кольцевую структуру. Такое «кольцо» не может нормально распределяться между клетками в ходе деления и погибает. Клетка остается с единственной нормальной хромосомой, которую надо заставить удвоиться, чтобы хромосомный набор восстановился. В результате мы получим клетку с нормальным хромосомным набором. Это нам дает персонализированную клеточную линию с исправленным генетическим дефектом. Пока никто не знает, каким образом эти нейроны можно будет вернуть в головной мозг ребенка и вылечить его. Но главное другое: в обозримой перспективе мы можем получить нормализованные в клеточном отношении генетические линии персонально для каждого пациента.

Авторы

Ольга Коберник