Чарльз Эллис - Эпигенетика

Синдром Рэтта (RTT, Rett syndrome; OMIM 312750) — это доминантное сцепленное с Х-хромосомой постнатальное нарушение развития и нервной системы, характеризующееся двигательными аномалиями, атаксией, припадками, бесцельными движениями рук и речевой регрессией (Hagberg et al., 1983). RTT классифицируется no DSMIV как одно из нарушений, входящих в разряд аутизма (ASD, autistic spectrum disorder), и имеет три основные общие с ASD черты: оба заболевания проявляются постнатально, часто после периода внешне нормального развития, оба нарушают социальное и речевое развитие и оба сопровождаются необычными стереотипными движениями кистей или рук (рис. 23.5а). Хотя RTT — это в подавляющем большинстве случаев (>99%) спорадическое заболевание, обнаружение небольшого числа семей, в которых ген передается по материнской линии, предполагает, что оно имеет генетическую основу. Такие семьи, наряду с тем фактом, что RTT, как правило, наблюдается у особей женского пола, а женщины облигатные носители могут не иметь симптомов, привело к гипотезе, что RTT это доминантное нарушение, сцепленное с Х-хромосомой. С помошью метода «Ап exclusion mapping strategy» ген RTT был локализован в Xq27-qter, и анализ генов-кандидатов (candidate gene analysis) на эту роль указал на ген, кодирующий белок 2, связывающийся с метил-CpG (/ МЕСР2), как на ген, вызывающий данное заболевание (Amiretal., 1999).

Рис. 5.Генетические нарушения, влияющие на хроматин в cis-конфигурации

( а ) Эта фотография пациента с синдромом Рэтта иллюстрирует необычные стереотипные движения рук, жевательные движения и аномальную осанку. Фото любезно предоставлено Д-ром Даниэлем Г . Глэйзом (Dr. Daniel G. Glaze), ( б ) Микрофотографии хромосом пациента с ICF , любезно предоставленные Д-рами Тимоти Г. Бестором, Робертом А. Роллинсом и Деборой Буркхис (Drs. Timothy Н. Bestor, Robert A. Rollins, and Deborah Bourc'his.)

Обнаружение того, что мутации в МЕСР2 являются основной причиной RTT, служит молекулярным свидетельством наличия связи между RTT и аутизмом. Сейчас известно, что мутации в МЕСР2 вызывают широкий спектр фенотипов у женщин, в том числе неспособность к обучению, обособленное (isolated) замедленное умственное развитие, синдром, похожий на синдром Ангелмана и ASD. Паттерны инактивации Х-хромосомы (XCI) — это главные молекулярные детерминанты данной клинической изменчивости. Женщины с мутациями в МЕСР2 и со сбалансированным паттерном XCI, как правило, страдают классическим RTT, за исключением нескольких гипоморфных аллелей. Женщины с несбалансированными паттернами XCI, благоприятствующими аллели дикого типа, в типичном случае имеют более мягкие фенотипы (Wan et al., 1999; Carney et al., 2003). Мужчины с мутациями MECP2 проявляют более широкий спектр фенотипов, чем женщины, благодаря их гемизиготности по данному локусу. Мутации, вызывающие RTT, как правило, вызывают летальность новорожденных, если только пациент мужского пола не является мозаиком по мутациям или не имеет кариотипа XXY — в этом случае все фенотипы, наблюдаемые у женщин, наблюдаются также и у таких мужчин (Zeev et al., 2002; Neul and Zoghbi, 2004). С другой стороны, у мужчин с гипоморфными аллелями, которые фенотипически едва проявляются у женщин, развиваются любые сочетания признаков, включая умственную отсталость, припадки, треморы, увеличенные семенники, маниакальную депрессию или шизофрению (Meloni et al., 2000; Couvert et al., 2001).

MeCP2 был идентифицирован на основании его способности связываться с симметрично метилированными динуклеотидами CpG (Lewis et al., 1992). Он локализуется в гетерохроматине и действует как репрессор транскрипции, зависимый от метилирования (Nan et al., 1997). МеСР2 связывается с метилированной ДНК через ее метил-CpG-связывающий домен и взаимодействует с корепрессорами Sin3A и HDACs через свой домен транскрипционной репрессии. МеСР2 также ассоциируется с Brahma — компонентом комплекса SWI-SNF ремоделинга хроматина (Harikrishnan et al., 2005).

Интригующей чертой RTT является отсроченное постнатальное проявление фенотипов в отсутствие нейродегенерации. Изучение распределения и распространенности МеСР2 выявило, что он определяется в зрелых нейронах, возможно, после формирования синапсов (Shahbazian et al., 2002а; Kishi and Macklis, 2004; Mullaney et al., 2004). Такое распределение предполагает, что нейронная функция МеСР2 играет существенную роль после того, как установились созревание и активности нейронов, и что эта его функция важна для регуляции деятельности нейронов. Начинается идентификация некоторых мишеней МеСР2, но еще предстоит определить, какими именно из этих мишеней опосредуются разнообразные фенотипы RTT (Chen et al., 2003; Martinowich et al., 2003; Horike et al., 2005; Nuber et al., 2005). Исследования с применением клеточного экстракта от пациентов с RTT или экстракта мозга мышей, не имеющих функционального МеСР2, выявили измененный характер ацетилирования гистонов (Wan et al., 2001; Shahbazian et al., 2002b; Kaufmann et al., 2005), что согласуется с предполагаемой ролью данного белка в деацетилировании гистонов, учитывая его взаимодействия с HDACs. Интересно, что удвоение дозы МеСР2 у мышей и человека приводит к прогрессивным постнатальным фенотипам, которые, в сущности, более резко выражены, чем некоторые из фенотипов, обусловленных потерей функции (Collins et al., 2004; Meins et al., 2005; Van Esch et al., 2005). Остается еще проверить, приводит ли увеличение уровней МеСР2 к титрованию ключевых взаимодействующих компонентов и (или) к аберрантной экспрессии его мишеней Стремясь выявить потенциально новые функции МеСР2, Янг с коллегами обнаружили, что МеСР2 взаимодействует с белком 1, связывающимся с Y-боксом (YB-1), — белком, связывающимся с PF1K, и влияющим на сплайсинг (Young et al., 2005). МеСР2 регулирует сплайсинг РНК репортерных минигенов, но, что наиболее важно, он влияет на сплайсинг РНК in vivo , учитывая данные об изменении паттернов сплайсинга РНК в ткани мозга мышей, моделирующих RTT (Young et al., 2005). Важность МеСР2 в эпигенетической регуляции экспрессии нейрональных генов и его влияние на сплайсинг РНК, по-видимому, лежат в основе потери основных вех при развитии и при аномальной неврологической функции при RTT и родственных ему нарушениях.

Мужчины с синдромом сцепленной с Х-хромосомой ?-талассемией, сопровождающейся умственной отсталостью (ATRX; OMIM 301040), проявляют ?-талассемию, умеренную (до тяжелой) умственную отсталость, бесформенные черты лица, микроцефалию, аномалии скелета и половых органов и, обычно, неспособность к ходьбе. Гетерозиготные пациенты женского пола обычно не имеют симптомов. Мутации в vmzATRX, которые картируются в Xql3, вызывают этот синдром, так же как и совокупность дополнительных фенотипов, включающих в себя разные степени сцепленной с Х-хромосомой умственной отсталости (XLMR), тяжелую MR со спастической параплегией и благоприобретенную в связи с соматическими мутациями ?-талассемию в миело-диспластическом синдроме (ATMDS) (Gibbons et al., 1995, 2003; Villard et al., 1996; Yntemaet al., 2002). Белок ATRX содержит характерный для растений гомеодоменный (PHD-подобный) мотив «цинкового пальца», равно как и ДНК-зависимую АТФазу семейства SNF2. Это, в сочетании с локализацией в перицентромерных гетерохроматиновых доменах и ассоциацией с гетерохроматином la (HP 1а) (McDowell et al., 1999), предполагает, что данный белок играет какую-то роль в ремоделинге хроматина. Мутации в ATRX вызывают даун-регуляцию локуса ?-глобина и аномальное метилирование нескольких высокоповторяющихся последовательностей нуклеотидов, в том числе субтеломерных повторов, специфичного для Y-хромосомы саттелита и рибосомных последовательностей ДНК. Недавние исследования показали, что ATRX необходим для выживания кортикальных нейронов, и это служит намеком на то, что повышенная потеря нейронов может вносить свой вклад в развитие тяжелой умственной отсталости и мышечной спастичности, наблюдаемых у пациентов с мутациями ATRX (Berube et al., 2005).