Генодиагностика дентаторубропаллидолюисовой атрофии (ген ATN1)

Дентаторубро-паллидолюисова атрофия (ДРПЛА) - наследственное нейродегенеративное прогрессирующее заболевание, характеризующееся атаксией, хореоатетозом, деменцией, миоклонусом и психиатрическими отклонениями. ДРПЛА встречается преимущественно среди населения Японии, где распространенность данного заболевания оценивается 0.48:100,000 человек. В других странах ДРПЛА встречается крайне редко.
Причиной ДРПЛА является гетерозиготная экспансия CAG-повторов в 5 экзоне гена ATN1, расположенного на коротком плече 12 хромосомы в локусе 12p13.31 и кодирующего белок атрофин-1. В норме количество CAG-повторов в данном участке гена ATN1 не превышает 35.  Увеличение числа триплетов до 36-47 характеризуется неполной пенетрантностью и ассоциировано с легким или бессимптомным течением ДРПЛА. Однако количество повторов в данном диапазоне считается нестабильным и характеризуется склонностью к увеличению числа триплетов при передаче содержащей их аллели потомкам. Считается, что патологическая экспансия 48 и более CAG-повторов характеризуется полной пенетрантностью, однако описан случай бессимптомного течения при наличии 51 CAG-повтора у пациента в возрасте 81 года. Наиболее крупная из описанных в литературе экспансий на сегодняшний день содержит 93 CAG-повтора.
Белок атрофин-1 широко распространен во всех тканях, в том числе в центральной нервной системе, и необходим для ее нормального развития и функционирования. Данный белок является ко-супрессором транскрипции, то есть не может связываться с ДНК напрямую, однако способен взаимодействовать с другими ДНК-связывающими белками для подавления активности определенных генов. При ДРПЛА патологическая экспансия CAG-повторов, кодирующих аминокислоту глутамин, приводит к синтезу аномального атрофина-1 с удлиненным полиглутаминовым участком. Как и при других полиглутаминовых болезнях, мутантный белок приобретает склонность к формированию нерастворимых нейротоксичных включений в ядрах нейронов. Кроме того, патологическая экспансия приводит к аномальному фосфорилированию атрофина-1. В результате данных изменений происходит нарушение работы ряда активаторов транскрипции, что приводит к апоптической гибели клеток. Считается, что удлиненный полиглутаминовый участок связывается с TAFII130 – фактором, ассоциированным с ТАТА-бокс связывающим белком, и нарушает  CREB-зависимую (cAMP response element-binding protein) активацию транскрипции, которая необходима для обеспечения нейрональной пластичности. Нейропатологические изменения, выявленные при аутопсийных исследованиях пациентов с ДРПЛА, включают дегенерацию дентаторубральной и паллидолюисовой систем.
ДРПЛА может дебютировать в широком возрастном диапазоне – от младенческого возраста до 72 лет. Средний возраст первого появления симптомов приходится  на третье десятилетие жизни. При этом клинические проявления варьируют в зависимости от возраста дебюта заболевания: для пациентов с ранним дебютом ДРПЛА (моложе 20 лет) характерны атаксия, миоклонус, эпилептические припадки, задержка умственного развития. Для взрослых форм более типичны атаксия, хореоатетоз, деменция и психические нарушения. Типичными обнаружениями при проведении МРТ головного мозга являются очаги атрофии в области мозжечка, ствола мозга и покрышки моста. У пациентов с дебютом ДРПЛА во взрослом возрасте при Т2-взвешанном исследовании могут отмечаться очаги симметричного диффузного повышения МР-сигнала в глубоких структурах мозга (таламус и бледный шар).

Интерпретация

Диагностика ДРПЛА основана на выявлении экспансии CAG-повторов в 5 экзоне гена ATN1, расположенного на коротком плече 12 хромосомы в локусе 12p13.31 и кодирующего белок атрофин-1. Заболевание наследуется по аутосомно-доминантному типу, то есть имеется 50% риск развития заболевания у потомков. Отсутствие семейного анамнеза не исключает возможности возникновения данного заболевания у ребенка, поскольку в редких случаях ДРПЛА является следствием мутации de novo. Размер экспансии напрямую коррелирует с тяжестью симптоматики и уровнем пенетрантности, а также имеет обратную зависимость со временем первых проявлений заболевания. Для ДРПЛА характерен феномен антиципации, который заключается в увеличении количества повторов и более тяжелом течении заболевания у детей по сравнению с их родителями. Наиболее нестабильными и склонными к увеличению числа повторов считаются аллели с количеством повторов 36-47. Считается, что среди населения Японии аллели с данным диапазоном повторов встречаются особенно часто, что обусловливает относительно высокую распространенность ДРПЛА в данной стране. Известно, что при данном заболевании увеличение экспансии происходит в процессе гаметогенеза преимущественно у лиц мужского пола, что обусловливает характерный для ДРПЛА феномен Шермана.  Последний заключается в ассоциированном с полом родителя увеличении числа повторов у потомков. В случае ДРПЛА феномен Шермана характерен для передачи аллели от отца с увеличением в среднем на 4 CAG-повтора.
Выявление экспансии CAG-повторов в гене ATN1 проводится с помощью методов ПЦР 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

1. Назаров В.Д., Лапин С.В., Гавриченко А.В., Хуторов Д.В., Лобачевская Т.В., Хальчицкий С.Е., Брачунов С.П., Красаков И.В., Виссарионов С.В., Баиндурашвили А.Г., Эмануэль В.Л., Тотолян А.А. Выявление экспансии тринуклеотидных повторов при болезни Гентингтона. Медицинская генетика. 2017
2. Гернер Е.А., Назаров В.Д., Федорова Т.Ф. и др. Клинико-лабораторная и молекулярно-генетическая диагностика болезни Вильсона-Коновалова. Российский неврологический журнал. 2019
3. Suman Jayadev, Thomas D. Bird. Hereditary ataxias: overview. Genetics in Medicine volume 15, pages 673–683 (2013).
4. Jacob Oliver Day and Stephen Mullin. The Genetics of Parkinson’s Disease and Implications for Clinical Practice. Genes 2021, 12, 1006.