Обнаружение экспансии CAG-повторов в гене HTT при болезни Гентингтона

Болезнь Гентингтона (БГ) – наследственное аутосомно-доминантное прогрессирующее нейродегенеративное заболевание, проявляющееся двигательными нарушениями, расстройством когнитивных функций и психоэмоциональными отклонениями. Распространенность заболевания в европейской популяции составляет от 7 до 10 человек на 100000 населения. В основе патогенеза заболевания лежит патологическая экспансия тринуклеотидных CAG повторов в локусе 4p16.3 на 5-конце 1-го экзона гена HTT, кодирующего белок гентингтин (ГЕНТ). Экспансией называется патологическое увеличение количества нуклеотидных последовательностей в нестабильных участках генома, приводящих к нарушению функции кодируемого белка и других протеинов. Причиной появления экспансии при БГ называют образование аномальных и неклассических ДНК форм, таких как инвертированные повторы и «шпильки», триплекс и квадриплекс нуклеотидные пары. Данные структуры нарушают нормальную репликацию  ДНК, приводя к остановке репликационного аппарата или «проскальзованию» и дальнейшему увеличению количества повторов. Кроме этого было показано, что нарушение различных механизмов репарации и рекомбинации ДНК также приводит к появлению патологических экспансий.

В случае с БГ в норме в гене HTT количество CAG-повторов не превышает 35, хотя при умеренном увеличении CAG-повторов в пределах 27-35 существует риск до 10 % развития БГ у последующих поколений. Патологическая экспансия более 36 CAG-повторов приводит к образованию аномального белка ГЕНТ с удлиненным полиглутаминовым участком на N-конце молекулы. Изменение первичной структуры ГЕНТ приводит к дестабилизации молекулы, повышению склонности к агрегации и образованию внутриядерных отложений. Некоторые авторы называют данный механизм главной причиной селективной гибели ГАМК-ергических шипиковых нейронов полосатого тела при БГ, однако значимую роль играет и нарушение убиквинтин-протеасомной системы деградации белков, аксонального транспорта, транскрипции ДНК, а также эксайтотоксичность, вызванная мутантным белком, и  появление токсичного N-фрагмента белка ГЕНТ с экспансионной полиглутаминовой последовательностью. 

Было показано, что уровень экспансии находится в обратной корреляции с временем начала первых неврологических симптомов и скоростью прогрессии. Количество CAG повторов мутантной аллели объясняет только 50 – 70 % вариаций в возрасте манифестации и тяжести БГ. Другие генетические, а также внешне-средовые факторы могут оказывать влияние на течение БГ.

В 56% случаев БГ начинается с моторных расстройств, таких как  хорея, дистония, паркинсонизм,  тремор, миоклония. На более поздних этапах развития заболевания может наблюдаться нарушение равновесия, координации и походки, а также тяжелая деменция. В 36% случаев первыми проявлениями БГ являются когнитивные и психиатрические нарушения, однако в большинстве случаев на ранних продромальных стадиях болезни могут наблюдаться эмоциональная лабильность, депрессия, агрессивность и раздражительность. Смешанные типы манифестации болезни составляют 10% всех случаев. При проведении МРТ головного мозга наблюдается атрофия головки хвостатого ядра, проявляющаяся увеличением фронтальных рогов латеральных желудочков головного мозга, а также уменьшение объема коры головного мозга.

Интерпретация

Диагностика болезни Гентингтона основана на выявлении экспансией CAG-триплетных повторов в 1 экзоне гена HTT, располагающегося на коротком плече 4 хромосомы и кодирующего белок гентингтин. Заболевание наследуется по аутосомно-доминантному типу, то есть имеется 50% риска развития заболевания у потомков при обнаружении мутации пациента. Для болезни Гентингтона характерен феномен антиципации – утяжеление клинических проявлений заболевания из поколения в поколение в пределах одной родословной (более ранняя манифестация, быстрое прогрессирование, появление более тяжелых симптомов). Размер экспансии коррелирует с тяжестью симптоматики, уровнем пенетрантности и временем первых проявлений заболевания. При передаче мутантной аллели от отца у потомков наблюдается утяжеление симптоматики.

Наличие экспансии тринуклеотидных CAG-повторов  в гене HTT проводится с помощью методов ПЦР с праймингом тройных повторов и фрагментного анализа, в соответствии с рекомендациями American College of Medical Genetics от 2014 года, а также European Molecular Genetics Quality Network от 2013.

Критерии оценки CAG-повторов по результатам фрагментного анализа