Генетика сложных талассемий. Наследование

Добавил пользователь Валентин П.
Обновлено: 06.11.2024

Талассемия: причины, диагностика, лечение

Этиология и встречаемость талассемии. Талассемии — аутосомно-рецессивные анемии, вызываемые недостаточным синтезом или а-, или бета-глобина. Относительная недостаточность а-глобина вызывает а-талассемию, а относительная недостаточность бета-глобина — бета-талассемию.

Талассемия чаще встречается среди лиц средиземноморского, африканского, ближневосточного, индийского, китайского и юго-восточно-азиатского происхождения. Как оказалось, талассемии распространены вследствие вызываемого ими селективного преимущества гетерозигот в отношении устойчивости к малярии; следовательно, распространение талассемии в разных этнических группах отражает прошлое и представляет влияние на популяцию малярии.

Распространение малой а-талассемии колеблется от менее чем 0,01% в областях, не подверженных малярии, например Великобритании, Исландии и Японии, до почти 49% среди аборигенов некоторых островов Тихого океана; болезнь HbH и водянка плода ограничены Средиземноморьем и Юго-Восточной Азией. Встречаемость малой р-талассемии колеблется от приблизительно 1-2% среди африканцев и афроамериканцев до 30% в некоторых деревнях Сардинии.

Патогенез талассемии

Талассемия возникает вследствие неадекватного синтеза гемоглобина и несбалансированного накопления субъединиц глобина. Неадекватный синтез гемоглобина вызывает гипохромию и микроцитоз. Несбалансированное накопление глобина вызывает неэффективный эритропоэз и гемолитическую анемию. Тяжесть талассемии пропорциональна тяжести дисбаланса между синтезом цепей а-глобина и р-глобина.

С талассемией связано более 200 различных мутаций, хотя большинство случаев талассемии вызвано только их небольшим числом. Делеция гена а-глобина дает 80-85% случаев а-талассемий, а приблизительно 15 мутаций вызывают более 90% случаев р-талассемий. Молекулярные исследования мутаций как а-глобина, так и р-глобина показывают, что различные мутации возникали независимо в разных популяциях, а затем достигали высокой частоты под влиянием отбора.

Фенотип и развитие талассемии

Мутации а-глобина разделяются на четыре клинических группы, которые отражают снижение синтеза а-глобина.

Фенотипы, наблюдаемые в популяции, отражают природу мутаций а-глобина в данной популяции. Хромосомы с делецией обоих генов а-глобина встречаются в Юго-Восточной Азии и Средиземноморском бассейне; следовательно, болезнь HbH и водянка плода обычно встречаются в этих популяциях, но не у африканцев, обычно имеющих хромосомы с делецией только одного а-глобинового гена в хромосоме.

Мутации бета-глобина также подразделяют на клинические группы, отражающие ухудшение синтеза бета-глобина. Признак бета-талассемии связан с мутацией в одном аллеле бета-глобина, а большая бетар-талассемия — с мутациями в обоих аллелях бета-глобина. В общих чертах, пациенты с малой бета-талассемией имеют легкую гипохромную микроцитарную анемию, легкую эритроидную гиперплазию костного мозга и иногда гепатоспленомегалию; обычно они бессимптомны.

Пациенты с большой бета-талассемией имеют тяжелую гемолитическую анемию, развивающуюся по мере уменьшения синтеза HbF после рождения. Анемия и неэффективный эритропоэз приводят к задержке роста, желтухе, гепатоспленомегалии (за счет экстрамедуллярного кроветворения) и увеличению костного мозга. Приблизительно 80% больных без лечения умирают к 5 годам.

Больные, получающие лечение только переливаниями крови, умирают в возрасте до 30 лет от инфекций или гемохроматоза, а лица, получающие как переливание крови, так и терапию хелатами для выведения железа, обычно живут более 30 лет. Перегрузка железом, вызванная регулярными переливаниями крови и повышением внутрикишечного всасывания, вызывает сердечные, печеночные и эндокринные осложнения.

Особенности фенотипических проявлений талассемии:
• Возраст начала: детство
• Гипохромная микроцитарная анемия
• Гепатоспленомегалия
• Экстрамедуллярное кроветворение

Лечение талассемии

Начальный скрининг малой а- или бета-талассемий обычно проводят с помощью определения эритроцитарного индекса. Для пациентов без железодефицитной анемии диагноз малой р-талассемии обычно подтверждается обнаружением повышенного уровня HbA2 (a2q2) и HbF (а2у2), содержащих другие р-цепи из группы бета-глобина, или ДНК-анализом мутации, или обоими методами вместе. В отличие от этого, малая а-талассемия не сопровождается накоплением HbA2 или HbF, и подтверждается ДНК-анализом мутации или демонстрацией нарушенного соотношения а- и р-цепей.

Лечение болезни HbH в основном поддерживающее. Терапия включает добавление фолатов, исключение лекарств, обладающих оксидантными свойствами и препаратов железа, быстрое лечение инфекций и переливание крови. Изредка необходима спленэктомия.

Лечение бета-талассемий включает переливания крови, выведение избыточного железа, быстрое лечение инфекций, часто спленэктомию. Пересадка костного мозга — единственное эффективное в настоящее время лечение. Осуществляемые в настоящее время клинические испытания лекAPCтвенных средств, увеличивающих экспрессию HbF, могут улучшить течение бета-талассемий (но не а-талассемий).

Риски наследования талассемии

Если каждый из родителей имеет малую бета-талассемию, пара имеет 25% риска родить ребенка с большой бета-талассемией и 50% риска родить ребенка с малой бета-талассемией. Если один родитель имеет малую бета-талассемию, а другой — утроение гена а-глобина, эта пара также имеет 25% риск родить ребенка с большой бета-талассемией.

Для родителей с малой а-талассемией риск родить ребенка с болезнью HbH или водянкой плода зависит от природы их мутации а-глобина. Родители с малой а-талассемией могут иметь генотип или -а/-а или --/ аа; следовательно, в зависимости от генотипа, либо все их дети будет иметь малую а-талассемию, либо 25% риск болезни HbH (-а/—) или водянки плода (--/—).

Как для а- так и бета-талассемий возможна пренатальная диагностика за счет молекулярного анализа ДНК плода из ворсин хориона или амниоцитов. Молекулярная пренатальная диагностика талассемий наиболее эффективна, если мутации у родителей известны заранее.

Пример талассемии. Ж.З., здоровая 25-летняя женщина из Канады, проходила у своего акушера-гинеколога обычный осмотр во время беременности. Результаты развернутого анализа крови показали легкую микроцитарную анемию (гемоглобин 98 г/л; средний объем эритроцита 75 мкм3). Сама Ж.З. вьетнамского происхождения, а ее муж — грек. Она не знала о каких-либо болезнях крови в свой семье и семье мужа.

Тем не менее электрофорез гемоглобина выявил слегка повышенный уровень НbА2 (а2q2) и HbF (а2у), указывающий на то, что пациентка имеет малую форму р-талассемии; молекулярный анализ обнаружил нонсенс-мутацию в одном аллеле бета-глобина и отсутствие делеций в гене а-глобина. Результаты обследования мужа показали, что у него также имеется нонсенс-мутация одного аллеля бета-глобина без делеций в гене а-глобина. При обращении семьи в генетическую клинику врач-генетик объяснил супругам, что у ребенка есть 25% риска развития большой бета-талассемии.

После обсуждения возможности пренатальной диагностики супруги решили пролонгировать беременность без дополнительных исследований.

Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021

Талассемия

Талассемия – наследственные гемоглобинопатии, характеризующиеся угнетением синтеза цепочечных белковых молекул, образующих структуру гемоглобина. Это приводит к повреждению мембраны эритроцитов и разрушению красных клеток крови с развитием гемолитических кризов. Признаками талассемии служат характерные костные изменения, гепатоспленомегалия, анемический синдром. Диагноз талассемии подтверждается клиническими и лабораторными данными (исследованием гемограммы, гемоглобина, миелограммы, электрофоретическим методом). Возможна пренатальная диагностика талассемии. В лечении талассемии применяются гемотрансфузии, терапия десфералом, спленэктомия, трансплантация костного мозга.

МКБ-10

Общие сведения

Талассемия – группа генетически детерминированных болезней крови, развивающихся при нарушении синтеза a- или β-цепей гемоглобина, сопровождающихся гемолизом, гипохромной анемией, микроцитозом. В гематологии талассемия относится к наследственным гемолитическим анемиям - количественным гемоглобинопатиям.

Талассемия широко распространена среди населения Средиземноморского и Черноморского региона; название заболевания буквально переводится как «анемия морского побережья». Также случаи талассемии нередки в странах Африки, Ближнего Востока, Индии и Индонезии, Средней Азии и Закавказья. С синдромом талассемии каждый год в мире рождается 300 тыс. детей. В зависимости от формы патологии течение талассемии может быть тяжелым, фатальным или легким, бессимптомным. Так же, как серповидно-клеточная анемия, талассемия играет роль защитного фактора против малярии.

Причины талассемии

Талассемия является генетическим заболеванием с аутосомно-рецессивным наследованием. Непосредственной причиной патологии выступают различные мутационные нарушения в гене, кодирующем синтез той или иной цепи гемоглобина. Молекулярную основу дефекта могут составлять синтез аномальной матричной РНК, делеции структурных генов, мутации регуляторных генов либо их неэффективная транскрипция. Следствием подобных нарушений служит снижение или отсутствие синтеза одной из полипептидных гемоглобиновых цепей.

Так, при b-талассемии бета-цепи синтезируются в недостаточном количестве, что приводит к избытку альфа-цепей, и наоборот. Избыточно продуцируемые полипептидные цепи откладываются в клетках эритроидного ряда, вызывая их повреждение. Это сопровождается деструкцией эритрокариоцитов в костном мозге, гемолизом эритроцитов в периферической крови, гибелью ретикулоцитов в селезенке. Кроме этого, при b-талассемии в эритроцитах накапливается фетальный гемоглобин (НbF), не способный транспортировать кислород в ткани, что вызывает развитие тканевой гипоксии. Вследствие костномозговой гиперплазии развивается деформация костей скелета. Анемия, тканевая гипоксия и неэффективный эритропоэз в той или иной степени нарушают развитие и рост ребенка.

Для гомозиготной формы талассемии характерно наличие двух дефектных генов, унаследованных от обоих родителей. При гетерозиготном варианте талассемии пациент является носителем мутантного гена, унаследованного от одного из родителей.

Классификация

С учетом поражения той или иной полипептидной цепи гемоглобина различают:

a-талассемию (с подавлением синтеза альфа-цепей HbA). Данная форма может быть представлена гетерозиготным носительством манифестного (α-th1) или немого (α-th2) гена; гомозиготной a-талассемией (водянкой плода с гемоглобином Бартса); гемоглобинопатией Н
b-талассемию (с подавлением синтеза бета-цепей HbA). Включает в себя гетерозиготную и гомозиготную β-талассемию (анемию Кули), гетерозиготную и гомозиготную δβ-талассемию (F-талассемию)
γ-талассемию (с подавлением синтеза гамма-цепей гемоглобина)
δ-талассемию (с подавлением синтеза дельта-цепей гемоглобина)
талассемию, обусловленную нарушением структуры гемоглобина.

Симптомы талассемии

Признаки большой (гомозиготной) b-талассемии проявляются уже в течение 1-2-го года жизни ребенка. Больные дети имеют характерное монголоидное лицо, седловидную переносицу, башенный (четырехугольный) череп, гипертрофию верхней челюсти, нарушение прикуса, гепато- и спленомегалию. Проявлениями анемизации служат бледный или землисто-желтушный цвет кожных покровов.

Поражение трубчатых костей сопровождается отставанием в росте и патологическими переломами. Возможно развитие синовита крупных суставов, калькулезного холецистита, язв нижних конечностей. Фактором, осложняющим течение b-талассемии, выступает гемосидероз внутренних органов, приводящий к развитию цирроза печени, фиброза поджелудочной железы и, как следствие, - сахарного диабета; кардиосклероза и сердечной недостаточности. Больные восприимчивы к инфекционным заболеваниям (кишечным инфекциям, ОРВИ и др.), возможно развитие тяжелых форм пневмонии и сепсиса.

Малая (гетерозиготная) b-талассемия может протекать бессимптомно или с минимальными клиническими проявлениями (умеренным увеличением селезенки, незначительно выраженной гипохромной анемией, жалобами на повышенную утомляемость). Аналогичная симптоматика сопровождает течение гетерозиготной формы a-талассемии.

При гомозиготной форме a-талассемии альфа-цепи полностью отсутствуют; фетальный гемоглобин у плода не синтезируется. Данная форма талассемии несовместима с жизнью, что приводит к внутриутробной гибели плода вследствие развивающегося синдрома водянки или самопроизвольному прерыванию беременности. Течение гемоглобинопатии Н характеризуется развитием гемолитической анемии, спленомегалии, тяжелых костных изменений.

Диагностика

Талассемию следует заподозрить у лиц с семейным анамнезом, характерными клиническими признаками и лабораторными показателями. Больные талассемией нуждаются в консультации гематолога и медицинского генетика.

Типичными гематологическими изменениями служат снижение уровня гемоглобина и цветового показателя, гипохромия, наличие мишеневидных эритроцитов, повышение уровня железа сыворотки крови и непрямого билирубина. Электрофорез Hb на ацетат-целлюлозной пленке используется для определения различных гемоглобиновых фракций. При изучении пунктата костного мозга обращает внимание гиперплазия красного кроветворного ростка с высоким числом эритробластов и нормобластов. Молекулярно-генетические исследования позволяют выявить мутацию в локусе a- или β-глобина, нарушающую синтез полипептидной цепи.

На краниограммах при большой b-талассемии выявляется игольчатый периостоз (феномен «волосатого черепа»). Характерна поперечная исчерченность трубчатых и плоских костей, наличие мелких очагов остеопороза. С помощью УЗИ брюшной полости обнаруживается гепатоспленомегалия, камни желчного пузыря.

При подозрении на талассемию требуется исключить железодефицитную анемию, наследственный микросфероцитоз, серповидно-клеточную анемию, аутоиммунную гемолитическую анемию. В семьях, имеющих больных талассемией, рекомендуется проведение генетического консультирования супругов и инвазивной дородовой диагностики (биопсии хориона, кордоцентеза, амниоцентеза) для выявления гемоглобинопатии на ранних сроках беременности. Подтверждение гомозиготных форм талассемии у плода служит показанием для искусственного прерывания беременности.

Лечение талассемии

Лечебная тактика при различных формах талассемии неодинакова. Так, пациенты с малой b-талассемией в лечении не нуждаются. С другой стороны, больным с гомозиготной b-талассемией с первых месяцев жизни требуется проведение гемотрансфузионной терапии (переливание размороженных или отмытых эритроцитов), введение хелатирующих препаратов, связывающих железо (дефероксамина), глюкокортикоидов при возникновении гемолитических кризов. При всех формах талассемии показан прием препаратов фолиевой кислоты и витаминов группы В.

При гиперспленизме (особенно на фоне гемоглобиноза Н) требуется удаление селезенки (спленэктомия). Из-за склонности к присоединению инфекционных осложнений больным рекомендуется обязательная вакцинация против пневмококковой инфекции. Многообещающим методом лечения талассемии служит трансплантация костного мозга от гистосовместимого донора.

Прогноз

Прогноз больших форм талассемии неблагоприятный; больные погибают в младенческом или молодом возрасте. При гетерозиготной бессимптомной форме талассемии продолжительность и качество жизни в большинстве случаев не страдают. Первичная профилактика талассемии включает предупреждение браков между гетерозиготными носителями генов заболевания, а при высоком генетическом риске рождения больного потомства – отказ от деторождения.

Генетика сложных талассемий. Наследование

Генетика бета-талассемии. Наследование

b-Талассемии имеют много общих характеристик с а-талассемией. Уменьшение синтеза b-глобина вызывает гипохромную микроцитарную анемию, а дисбаланс в синтезе глобинов ведет к осаждению избыточных а-цепей, вызывая патологию мембраны эритроцитов. В отличие от а-глобина, b-цепь важна только в послеродовом периоде. Следовательно, В-талассемии не проявляются несколько месяцев после рождения, когда b-глобин в норме заменяет у-глобин как основную не-a-цепь, и начинается синтез только основного гемоглобина взрослых, НbА.

Избыточные а-цепи накапливаются в эритроцитах и их предшественниках, приведя к их гибели и нарушению эритропоэза. Поскольку 6-ген остается неповрежденным, производство НbА2 продолжается, и, фактически, повышение уровня НbА2 уникально для гетерозиготных носителей b-талассемии. Уровень HbF также повышен, но не потому, что вновь активизировалась экспрессия гена у-глобина, отключенная при рождении, а из-за выборочного выживания или возможного повышения производства незначительной популяции эритроцитов взрослых, содержащих HbF.

В отличие от a-талассемий, b-талассемии обычно вызываются однонуклеотидными заменами, а не делециями. Во многих регионах мира, где часто встречается b-талассемия, имеется много разных мутаций гена b-талассемии, и наиболее вероятно, что лица, несущие два аллеля b-талассемии, окажутся генетическими компаундами, а не истинными гомозиготами по одному аллелю.

Большинство больных с двумя аллелями b-талассемии имеют «большую» талассемию, заболевание, проявляющееся выраженной анемией и пожизненной потребностью в медицинском наблюдении. Когда аллели b-талассемии допускают настолько малый синтез b-глобина, что гемоглобин полностью отсутствует, заболевание определяют как b0-талассемию. Если какое-то количество гемоглобина обнаруживается, говорят, что у пациента имеется b+-талассемия. Хотя тяжесть клинических проявлений болезни зависит от комбинированного эффекта двух имеющихся аллелей, до недавних пор доживание до взрослого возраста было редкостью.

У детей, гомозиготных по b-талассемии, анемия развивается сразу же, как только уменьшается синтез HbF, обычно до 2 лет жизни. Эритроциты периферической крови заметно гипохромны и имеют различную величину и форму. В настоящее время лечение талассемий основано на коррекции анемии и стимуляции костного мозга переливаниями крови и стимуляции накопления железа назначением хе-латов. Пересадка костного мозга эффективна, но ее применяют только при наличии члена семьи с соответствующим HLA-генотипом.

Носители только одного аллеля b-талассемии клинически здоровы, такую форму заболевания называют «малой». Характерны гипохромные микроцитарные эритроциты, возможна легкая анемия, которая может быть диагностирована как железодефицитная. Диагноз малой талассемий подтверждается электрофорезом гемоглобинов, обычно показывающим увеличение уровня HbA2 (a2q2).

b-Талассемия, сложные талассемий и наследственное персистирование фетального гемоглобина

Почти все известные типы мутаций, уменьшающих синтез мРНК или белка, описаны как причина b-талассемии. Таким образом, приведенный ниже обзор генетических дефектов, описывающих конкретные молекулярные основы одной из наиболее частых и тяжелых генетических болезней в мире, полезен для общего понимания мутационных механизмов. Мутации комплекса b-глобина подразделяют на две обширные группы с разными клиническими фенотипами. Одна группа дефектов, характерная для подавляющего большинства пациентов, нарушает синтез только В-глобина, вызывая простую b-талассемию.

Во второй группе мутаций большие делеции вызывают сложные талассемий, в которых утрачивается ген b-глобина, а также один или более других генов (или LCR) в группе b-глобина. Некоторые делеции в пределах группы b-глобина вызывают не талассемию, а довольно интересный фенотип, характеризующийся НПФГ (т.е. продолжение экспрессии гена у-глобина во взрослой жизни).

Молекулярная основа простой b-талассемии

Простая b-талассемия возникает вследствие множества различных типов молекулярных аномалий, преимущественно точковых мутаций, в гене b-глобина. Единственная частая делеция b-глобина среди всех расовых групп — 619-bр, частичная делеция 3'-конца гена у пациентов азиатского (индийского) происхождения.

Большинство мутаций, вызывающих простую b-талассемию, приводят к уменьшению количества синтезируемой мРНК b-глобина. Они включают мутации промотора, мутации сплайсинга РНК (наиболее частые), мутации, нарушающие фланкирование мРНК, и мутации сдвига рамки или нонсенс-мутации, вводящие кодон преждевременного завершения в пределах кодирующей области гена. Несколько структурных вариантов гемоглобина также нарушают процессинг мРНК b-глобина, например HbЕ, описанный ниже.

Мутации сплайсинга РНК при бета-талассемии

Большинство пациентов с b-талассемиями, вызванными уменьшением синтеза мРНК b-глобина, имеют аномалии сплайсинга РНК. Описано более двух десятков дефектов этого типа, и, вместе взятые, они имеют большое клиническое значение. Эти мутации стали широко известны, поскольку их влияние на сплайсинг часто оказывалось неожиданно сложным, и анализ мутантных мРНК содействовал познанию критической последовательности нормального процессинга РНК. Дефекты сплайсинга разделяют на три группы, в зависимости от региона непроцессируемой РНК, в котором располагается мутация.

Группа 1, мутации сайта сплайсинга включает мутации в 5'-донорском или 3'-акцепторном участках интронов или в окружающих управляющих последовательностях. Критическая роль консервативных динуклеотидов GT в 5'-донорском участке и AG в З'-акцепторном участках интрона следует из полной утраты нормального сплайсинга, вызванной мутациями этих динуклеотидов. Инактивация нормального сайта акцептора приводит к использованию других последовательностей в исходной РНК, сходных с акцептором. Такие альтернативные сайты называют криптическими, поскольку в норме, при наличии правильного сайта, они не используются при сплайсинге. Криптические донорские или акцепторные сайты сплайсинга могут быть как в интронах, так и в экзонах, и могут использоваться в конкуренции с другими криптическими и нормальными сайтами сплайсинга.

Значение согласованных последовательностей, смежных с донорским или акцепторным динуклеотидами, также проявляется по эффектам мутаций. Например, замена пятого или шестого нуклеотида донорской последовательности интрона 1 уменьшает эффективность нормального сплайсинга, но, поскольку некоторый объем нормального сплайсинга все же происходит, формируется фенотип b+-талассемии.

Группа 2, мутации интрона — результат мутаций в пределах криптического сайта сплайсинга в интроне, повышающих использование этого сайта, что делает его более сходным или даже идентичным нормальному сайту сплайсинга. Затем пусковой криптический сайт с переменной эффективностью конкурирует с нормальным сайтом, уменьшая количество нормальной мРНК за счет нарушения сплайсинга в «правильном» сайте, остающемся вполне сохранным. Мутации криптических сайтов сплайсинга часто «неполные». Это означает, что происходит определенный объем сплайсинга с использованием нормального сайта, приводя к фенотипу b+-талассемии.

Группа 3, изменения кодирущей последовательности, влияющие на сплайсинг, вызываются мутациями сдвига рамки, которые активируют криптический сайт сплайсинга в экзоне. Например, одна из легких форм b+-талассемии вызвана мутацией в кодоне 24, активизирующей криптический сайт сплайсинга, но не изменяющей закодированную аминокислоту [как GGT, так и GGA кодируют глицин]; это пример синонимичной мутации, оказавшейся не безразличной по своему эффекту. Структурный вариант НbЕ демонстрирует, как нарушение сплайсинга и изменение в кодирующей последовательности могут вызываться единственной мутацией.

Нефункциональная мРНК при бета-талассемии

Некоторые синтезированные молекулы мРНК нефункциональны и не могут управлять синтезом полного полипептида, поскольку мутация генерирует преждевременные стоп-кодоны, раньше времени завершающие трансляцию белка. Две мутации около аминового конца поясняют этот эффект при b-талассемии. При одной (Gln39Stop) нарушение трансляции — следствие замены единственного нуклеотида, создающей нонсенс-мутацию. Другая мутация типа сдвига рамки происходит вследствие делеции одной пары оснований в начале открытой рамки считывания, с потерей первого нуклеотида 16 кодона, в норме кодирующего глицин; при произошедшем сдвиге рамки почти сразу образуется стоп-кодон, прерывающий дальнейшее считывание.

Поскольку синтез b-глобина отсутствует, оба типа нефункциональных мутаций мРНК вызывают b°-талассемию. В отличие от этого, мутации сдвига рамки, расположенные около карбоксильного конца белка, позволяют большой части мРНК транслироваться нормально или вызывают удлинение цепей глобина, чаще приводя к различным вариантам гемоглобина, а не к b°-талассемии.

Кроме снижения синтеза полипептида b-глобина, нонсенс-кодоны, включая два вышеописанных, часто приводят к уменьшению количества мутантной мРНК, которая на самом деле может не обнаруживаться. Механизмы, лежащие в основе этого феномена, названного нонсенс-опосредованным разрушением мРНК, не полностью понятны, но эффект ограничен нонсенс-кодонами, расположенными далее 50 пар оснований в 5'-конце последнего соединения между экзонами.

Дефекты фланкирующих последовательностей мРНК бета-глобина при бета-талассемии

Две мутации при b+-талассемии указывают на критическую роль посттранскрипционных модификаций любой мРНК, кэпирования РНК, ограничивающее 5'-конец, и полиаденилирования 3-конца мРНК. Обнаружен один пациент с заменой аденина на цитозин в первом нуклеотиде мРНК (это место — сайт кэпирования — в 90% эукариотической мРНК — пурин).

Мутация приводит к нарушению формирования кэпа, вызывая распад РНК. Полиаденилирование мРНК происходит после ферментативного расщепления, а сигнал точки расщепления, AAUAAA, находится около 3'-конца в большинстве эукариотической мРНК. Пациент с мутацией, изменяющей сигнальную последовательность на ААСААА, синтезировал только незначительное количество мРНК b-глобина, полиаденилированной в нормальном положении.

HbE — структурный вариант b-глобина (Glu26Lys), вызывающий талассемию, поскольку мутантная b-цепь синтезируется в недостаточном количестве. Это, вероятно, наиболее распространенная структурная аномалия гемоглобина в мире, встречающаяся с высокой частотой в Юго-Восточной Азии, где живут, по крайней мере, 1 млн гомозигот и 30 млн гетерозигот.

Аллель заслуживает внимания по нескольким причинам: из-за его частоты, его аллельного взаимодействия с другими мутантными b-глобинами и из-за влияния на сплайсинг РНК. Хотя гомозиготы НbЕ бессимптомны и только слегка анемичны, генетические компаунды по мутации НbЕ с различными аллелями b-талассемии имеют аномальные фенотипы, в основном определяющиеся тяжестью другого аллеля.

НbЕ служит примером мутации кодирующей последовательности, также влияющей на сплайсинг вследствие активизации криптического сайта сплайсинга.

Большие делеции, вызывающие сложные талассемии, удаляют ген b-глобина и еще один или несколько генов или управляющих областей из группы b-глобина. Таким образом, у больных происходит снижение экспрессии b-глобина и одного или более других b-подобных цепей.

Эти заболевания называют согласно делетированным генам, т.е. 8b°-талассемия или Ауqb°-талассемия и так далее. Делеции, удаляющие начальные управляющие области b-глобина, начинаются приблизительно в 50-100 килобазах выше кластера генов b-глобина и имеют переменные размеры. Хотя некоторые из делеции (например, делеция Hispanic) оставляют все или часть генов в локусе b-глобина нетронутыми, они снижают экспрессию генов всей группы, вызывая еуqb-талассемию.
Такие мутации доказывают общую зависимость экспрессии генов из группы b-глобина от регуляторной последовательности локуса.

Вторая группа больших делеции в кластере генов b-глобина, имеющая медицинское значение, — делеции, оставляющие нетронутыми хотя бы один из генов у-глобинов (например, делеция English). Пациенты, несущие такие мутации, имеют одно из двух клинических проявлений, в зависимости от делеции: либо qb°-талассемию; либо НПФГ, доброкачественное заболевание, связанное с нарушением послеродового переключения от синтеза у-глобина на синтез b-глобина.

Гомозиготы с данными заболеваниями жизнеспособны, поскольку гены у-глобина остаются активными после рождения, вместо переключения на синтез b-цепей, как должно происходить в норме. В результате синтез HbF (a2y2) остается после родов на достаточно высоком уровне, компенсирующем отсутствие HbА.

Клинически доброкачественная природа НПФГ — следствие достаточного синтеза у-цепей, приводящего к более высокому уровню HbF у гетерозигот (17-35% HbF), чем обычно наблюдают у гетерозигот по qb°-талассемии (5-18% HbF). Делеции, вызывающие 5b°-талассемию, пересекаются с делениями при НПФГ, и остается неясным, почему пациенты с НПФГ имеют более высокие уровни экспрессии у гена. Одно из возможных объяснений — то, что некоторые делеций при НПФГ переносят энхансер ближе к гену у-глобина.

Понимание механизма, ведущего к высокой экспрессии у гена после родов у пациентов с НПФГ, может дать возможность повысить экспрессию HbF у пациентов с b-талассемией и вылечить заболевание.

У нескольких пациентов с НПФГ выявлены однонуклеотидные замены в регуляторной области гена Ау или Gy. Например, при Ау НПФГ типа Greek имеется замена нескольких оснований G > А в 5'-блоке ССААТ (элемент промотора) гена Ау. Предполагают, что эти мутации изменяют сродство регуляторных белков (связанных с ДНК), необходимое для подавления экспрессии у гена после родов. Индивидуумы с неделеционной НПФГ клинически здоровы; их генетический статус распознают случайно при гематологических исследованиях, проводимых по другим причинам.

Генетика альфа-талассемии. Наследование

Талассемии, вместе взятые, — наиболее частые моногенные заболевания человека. Это разнородная группа болезней синтеза гемоглобина, при которых мутации уменьшают синтез или устойчивость а- или b-цепей глобина, что вызывает а- или b-талассемию соответственно. Результирующий дисбаланс в соотношении а: bлежит в основе патофизиологических процессов. Цепь, синтезируемая в нормальном количестве, оказывается в относительном избытке; при отсутствии дополнительных цепей для формирования тетрамера избыточные нормальные цепи, в конечном счете, приводят к нарушению клеточной мембраны и вызывают преждевременный распад эритроцитов. Дефект синтеза гемоглобина также приводит к гипохромной микроцитарной анемии.

Название «талассемия» происходит от греческого слова «море», «thalassa», так как болезнь впервые была обнаружена у лиц с берегов Средиземного моря. Как а-, так и b-талассемии, тем не менее, имеют высокую частоту во многих популяциях, хотя a-талассемия — более частая и широко распространенная. Высокая частота талассемии — следствие защитного преимущества у носителей при малярии, аналогично преимуществу гетерозигот у носителей HbS. Существует характерное распределение талассемии в полосе вокруг Старого Света: в Средиземноморье, на Ближнем Востоке, в части Африки, Индии и Азии. В большинстве стран носителей талассемии достаточно много, чтобы стали актуальными проблемы дифференциальной диагностики с железодефицитной анемией и методы обнаружения гомозигот при пренатальной диагностике.

Клинически важно то, что нередко аллели разных типов талассемии и структурных аномалий гемоглобина могут одновременно присутствовать у одного человека. В результате могут происходить клинически значимые взаимодействия разных аллелей одного гена или мутантных аллелей разных генов глобина.

а-Талассемии

Генетическое нарушение синтеза a-глобина влияет на образование как гемоглобинов плода, так и взрослых и, следовательно, может вызвать как внутриутробную, так и послеродовую патологию. При отсутствии цепей a-глобина образуется избыток цепей из группы b-глобина, формирующих гомотетрамеры гемоглобина. Гемоглобин, содержащий 4 у-цепи, известен как гемоглобин Барта, а тетрамер b4 назван НbН. Поскольку ни один из этих гемоглобинов не способен высвобождать кислород в тканях в нормальных условиях, они не могут выполнять функцию переноса кислорода. Следовательно, младенцы с тяжелой а-талассемией и высоким уровнем гемоглобина Барта имеют тяжелую внутриутробную гипоксию и рождаются с огромным накоплением жидкости, так называемой водянкой плода. При легких формах а-талассемии анемия развивается из-за постепенного осаждения НbН в эритроцитах. Это ведет к образованию включений в зрелых эритроцитах, повреждению клеток и их преждевременной гибели.

Делеции в гене а-глобина при a-талассемии

Наиболее частые формы а-талассемий — результат делеций. Причина высокой частоты этого типа аномалии при мутациях только а, но не b-цепей, была обнаружена при сравнении генов и их локального хромосомного окружения. В каждой хромосоме 16 содержится не просто два идентичных гена а-цепи, но аналогична также и последовательность интронов этих двух генов.

Хотя а-талассемии распространены по всему миру, гомозиготные делеции, ведущие к водянке плода, в основном ограничены Юго-Восточной Азией. Высокая частота гена в этой популяции (вплоть до 15% в некоторых регионах) может объясняться природой делеции. Утрата двух генов а-цепей, так называемый «признак» а-талассемии (два нормальных и два мутантных а гена), может встречаться в форме одного из двух генотипов (-а/-а или —/ аа). Последний генотип сравнительно часто бывает у жителей Юго-Восточной Азии, следовательно, потомство может получить две --/-- хромосомы. В других группах признак а-талассемии — обычно результат генотипа -а/-а, когда фактически нет возможности передать фенотип водянки плода.

Кроме мутаций, приводящих к делециям самого гена а-цепи, существуют мутации с утратой только LCR комплекса а-глобина, что также вызывает а-талассемию. Фактически такие делеции впервые указали на существование подобного регуляторного элемента.

Другие формы а-талассемии

Другие формы а-талассемии встречаются значительно реже, чем только что описанные делеции, и имеют меньшее клиническое значение. Тем не менее еще две формы а-талассемии иллюстрируют важные механизмы болезни. В одном случае а-талассемия вызывается мутацией, приводящей к ZF-делеции. Транскрипция РНК, заглушает ген а2-глобина. Во втором случае при синдроме ATR-X а-талассемия и синдромальная умственная отсталость вызваны мутацией в Х-сцепленном гене ATRX, кодирующем хроматин-ремоделирующий белок, необходимый для нормальной экспрессии комплекса а-глобина.

У двух больных из семьи с признаком а-талассемии обнаружена уникальная делеция (названная a-ZF делецией, по инициалам члена семьи, у которого она впервые идентифицирована), с утратой гена а-глобина и последовательности приблизительно 18 килобаз ниже него. Важно, что утраченная последовательность также включала сайт завершения нормальной транскрипции гена LUC7L, расположенного непосредственно около 3'-конца комплекса генов a-глобина, но транскрибируемого с противоположной нити ДНК до гена а-глобина. (Белок LUC7L — широко экспрессируемый компонент U1 — небольшого ядерного рибонуклеинового белкового комплекса, не играющего никакой роли в развитии a-талассемии в этой семье.)

У больных с a-ZF делецией экспрессия гена а2-глобина заблокирована, несмотря на то что сам ген и все локальные и удаленные управляющие цис-элементы остаются целыми. «Молчание» гена а2-глобина — следствие синтеза инвертированной РНК при транскрипции делетированного гена LUC7L, синтез РНК не может нормально завершиться и переходит через точку разрыва a-ZF в отрезок CpG а2-глобина. У носителей делеции a-ZF слияние антисмысловой РНК а2-глобина и РНК гена LUC7L приводит к утрате экспрессии гена а2-глобина в хромосоме с делецией и полному метилированию отрезка CpG а2-глобина.

Патологическая активность антисмысловой a-РНК при делеции ZF сравнима с активностью антисмысловых транскриптов дикого типа, участвующих в нормальном развитии и подавляющих активность генов. Например, показано, что антисмысловые транскрипты CpG участка вызывают метилирование и подавление множества материнских импринтированных генов, а антисмысловые транскрипты XIST, хромосомного локуса инактивации Х-хромосомы, участвуют в ее инактивации. Несомненно, будут найдены и другие примеры патогенных антисмысловых РНК, возникающих вследствие мутаций, так как изучение молекулярных основ болезней продолжается.

Мутации в ATRX, хроматин-ремоделирующем белке при a-талассемии

Во всех ранее описанных классах а-талассемии мутации в генах а-глобина или их циспоследоватпелъностях приводят к уменьшению синтеза а-глобина. Однако один тип а-талассемии активизирует экспрессию гена а-глобина: это синдром ATR-X, вызванный мутациями в гене ATRX, приводящими к нарушению деятельности или экспрессии хроматин-ремоделирующего белка, ATRX, функционирующего в транс-положении.

Вначале синдром ATR-X считали уникальным заболеванием, поскольку наблюдение НbH (b4-тетрамер) в трех семьях на севере Европы было очень необычным случаем а-талассемии у больных европейского происхождения. Кроме того, все больные были мужчинами, также имевшими тяжелую Х-сцепленную задержку умственного развития с большим числом других разнообразных дефектов, включая характерные черты лица, скелетные аномалии и пороки развития мочеполовой системы. Это разнообразие фенотипов указывает, что ген ATRX регулирует экспрессию многих других генов, помимо а-глобинов, но они пока неизвестны.

Хотя точный механизм действия неизвестен, ATRX принадлежит семье хроматин-ремоделирующих белков, обычно функционирующих в больших мультипротеиновых комплексах, изменяющих топологию ДНК. Топологические изменения управляют изменениями состояний нуклеосом. Аномалии метилирования ДНК у пациентов с синдромом ATR-X указывают, что ATRX необходим для поддержания метилирования в определенных областях генома, возможно модулируя доступ метилазы к точкам связывания. Этот факт заслуживает внимания, поскольку мутации в гене, кодирующем другой хроматин-ремоделирующий белок, вызывают синдром Ретта, нарушая эпигенетическое регулирование генов в областях метилирования ДНК, что приводит к неврологической патологии.

Все мутации, идентифицированные до настоящего времени в гене ATRX, — мутации с частичной утратой функции. То, что ген ATRX совершенно необходим для экспрессии а-глобина in vivo, не подтверждается исследованиями пациентов с синдромом ATR-X, имеющих незначительное уменьшение синтезе а-глобина и легкие гематологические дефекты по сравнению с обнаруживаемыми при классических формах а-талассемии. Тем не менее ключевая роль гена ATRX в экспрессии а-глобина подтверждается тем, что пациенты с приобретенным заболеванием — миелодисплазией с а-талассемией имеют соматические мутации в гене ATRX. В наиболее тяжелых случаях синдрома а-талассемии-миелодисплазии мутации останавливают синтез а-цепей почти полностью. Если бы это происходило по причине унаследованной мутации, то привело бы к летальной форме гемоглобинопатии Барта и водянке плода.

Читайте также: