ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ РАЗВИТИЯ СИНДРОМА ДАУНА НА РАННИХ СТАДИЯХ

«Синдром Дауна — одна из особых форм врожденной умственной отсталости, сочетающаяся с характерными соматическими аномалиями и дефектами физического строения» [1].

Механизм возникновения синдрома Дауна.

«Синдром Дауна — это хромосомная патология, при которой присутствуют дополнительные копии генетического материала в 21-й паре хромосом: либо мутация целой хромосомы (трисомия), либо её части (робертсоновская транслокация). Существуют различные формы синдрома Дауна [2].

Примерно в 91 % случаев человек рождается с трисомией по 21-ой паре хромосом, возникшей в результате нерасхождения хромосом во время мейоза. Примерно у 5 % больных наблюдается мозаицизм. В других случаях синдром вызван транслокацией. Повторный риск рождения ребёнка с синдромом Дауна у родителей с нормальным кариотипом составляет около 1 %.

1)  Транслокация.

Изменения генетического материала в 21-й хромосоме, способствующие развитию синдрома Дауна, могут появиться из-за наличия робертсоновской транслокации в кариотипе одного из родителей. При этом одно из плеч 21-й хромосомы прикрепляется к плечу другой хромосомы. Бывает так,что при нормальном мейозе происходит транслокация 21-й хромосомы и рождается больной ребёнок, при этом фенотип родителей соответствует норме.

2)  Мозаичная форма синдрома Дауна.

При мозаицизме нерасхождение хромосом возникает в клетках зародыша на ранних стадиях его развития, и нарушение кариотипа затрагивает только некоторые ткани и органы. Эта форма имеет менее тяжелые проявления, но её труднее диагностировать.

3)  Трисомия — это мутация, при которой присутствуют три гомологичные хромосомы вместо двух.

Рисунок 1. Кариотип человека. 47, ХУ, +21.Трисомия

Трисомия происходит из-за нерасхождения хромосом во время мейоза, поэтому появляется гамета с 24-мя хромосомами. Хромосомы 2-ой пары внешне полиморфны, они могут различаться между собой по размеру спутников, ножек спутников и центромерных районов. Если трисомия произошла во время первого деления мейоза, то все три хромосомы 21-ой пары будут разные по строению, а если во время второго деления, то две из них будут одинаковые, а третья хромосома будет отлична от двух других.

В 75,9 % всех случаев нерасхождение хромосом происходит в первом мейотическом делении (62,8 % — у матери, 13,1 % — у отца), в 24,1 % — во втором мейотическом делении (16,6% — у матери, 7,5 % — у отца).

Трисомия 21-й хромосомы в 95 % случаев является причиной возникновения синдрома Дауна. В 88 % случаев из-за нерасхождения материнских гамет и в 7 % — мужских.

Овогенез начинается в позднем фетальном периоде, незадолго до рождения девочки. К моменту появления ее на свет, все овогонии проходят первое мейотическое деление и превращаются в овоциты, которые остаются в неизменном состоянии до момента полового созревания девочки.

У женщин после 35 лет возрастает вероятность рождения детей с синдромом Дауна. Это объясняется тем, что оплодотворенная яйцеклетка у сорокалетней женщины на 20 лет старше, чем у двадцатилетней. Известно, что вероятность возникновения нерасхождения хромосом у женщин больше, нежели у мужчин.

«Причины нерасхождения хромосом (трисомия) и робертсоновских транслокаций:

•      Задержка развития овоцита на последней стадии первого мейотического деления, сочетающаяся с возможным продолжительным действием внешних факторов среды. Например, радиация.

•      Ослабление гормонального контроля овогенеза у пожилых женщин.

•      Недостаточная зрелость гормонального контроля у девочек-подростков.

•      Использование контрацептивов.

•      Токсоплазмоз» [2].

Синдром Дауна долго не поддавался лечению, но команда исследователей из медицинского факультета Массачусетского университета под руководством доктора Джин Лоренс смогла найти способ предотвратить развитие данного заболевания на ранней стадии. Их в большей степени заинтересовала форма трисомии, так как она самая распространённая. Исследование заключалось в том, что ген Xist, ответственный за инактивацию Х-хромосомы, был перенесён на 21-ю хромосому плюрипотентных стволовых клеток с трисомией по 21-й хромосоме. Таким образом, учёным удалось заблокировать лишнюю, третью копию 21-ой хромосомы.

«Xist — это ген, кодирующий РНК, располагается на Х-хромосоме плацентарных млекопитающих и инактивирует одну из них» [4].

«Транскрипт гена Хist у человека имеет длину порядка 17000 нуклеотидов и экспрессируется на инактивированной Х-хромосоме, но не действует на активированной. Транскрипт гена Хist подвергается полиаденированию и сплайсингу, как информационная РНК, однако не транслируется. Предполагается, что этот ген, кодирующий РНК, эволюционировал от гена Lnx3, ставшего псевдогеном» [3].

Рисунок 2. Происхождение Хist гена

Происхождение гена Xist из гена Lnx3 и мобильных элементов разных классов. Синим цветом обозначены экзоны, произошедшие из гена Lnx3. Красные прямоугольники — экзоны, эволюционировавшие из мобильных элементов. Заштрихованные синие и красные прямоугольники — это последовательности экзонов, определяющиеся в геноме, но не входящие в состав транскрипта Xist. Консенсус — предположительная предковая структура гена Xist.

Исследование включало в себя два этапа:

Первый этап эксперимента — это блокирование 3-ей хромосомы 21-ой пары.

Для того, чтобы инактивировать хромосому, она должна быть покрыта транскриптами гена Хist. Включение Хist гена снизит экспрессию индивидуальных генов 21-ой хромосомы, а значит уменьшит последствия синдрома Дауна.

Команда доктора Лоренса использовала индуцированные плюрипотентные стволовые клетки для исследования, которые были получены у больных с синдромом Дауна. Учёные присоединили Хist ген к одной из трёх копий 21-ой хромосомы, что привело к гетерохроматизации хромосомы в клетках и замолканию её транскрипционной активности. Генетическое включение Хist гена было выполнено с помощью дозирования клеток с антибиотиком доксициклином.

Рисунок 3. Инактивирование лишней хромосомы

Второй этап исследования:

Учёные разделили видоизменённые клетки на 2 группы — одна с включенной добавочной хромосомой, другая — с выключенной, сравнили, как они функционируют и отвечают на лечение. Исследователи заранее удалили дополнительную хромосому в клетках у людей с синдромом Дауна, используя различные типы генетических модификаций, и сравнили деятельность этих клеток с помощью биохимического анализа продуктов их жизнедеятельности. Результатом исследования было то, что в клетках с выключенной хромосомой экспрессия патологических генов 21-ой хромосомы была значительно меньше, чем у клеток с активной хромосомой.

Вывод:

Исследователи надеются, что они смогут изучить влияние синдрома Дауна на разные органы и ткани. Эта работа должна привести к возможности лечения синдрома Дауна, а как следствие и к лечению дегенеративных симптомов, таких как раннее слабоумие.

Однако исследователи полагают, что этот метод имеет единственный недостаток: включение Xist гена может заблокировать только часть генной экспрессии в добавочной хромосоме.

Список литературы:
1.    Болезнь Дауна: клинические и цитогенетические исследования — [Текст]: производственно-практическое издание / под редакцией Е.Ф. Давиденковой. — Л.: Медицина, 1996. — 202 с. – Библиография: с. 196 — 201. — 0.86 р.
2.    «Гетерохроматические районы и нерасхождения хромосомы 21 у человека»: — [Сообщение] // Цитология — 1987, Т. 29, № 7. — С. 848—850.
3.    Официальная анкета зав. кафедрой и профессора кафедры клеточной биологии и онтобиологии медицинского факультета Университета Массачусетса в г. Вустер.
4.    Beth Mole “Researchers turn off Down’s syndrome genes” // Nature. — 2013. — В. 17 July 2013.