Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Молекулярно-генетическая характеристика спиномозжечковой атаксии 1 типа в Якутии

ВАК РФ 03.00.15, Генетика

Автореферат диссертации по теме "Молекулярно-генетическая характеристика спиномозжечковой атаксии 1 типа в Якутии"

На правах рукописи

РГ5 ОД

БРАХФОГЕЛЬ Ирина Феликсовна

МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СПИНОМОЗЖЕЧКОВОЙ АТАКСИИ 1 ТИПА В ЯКУТИИ

03.00.15 - генетика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Томск - 2000

Работа выполнена в Институте здоровья Академии наук Республики Саха (Як'

Научный руководитель:

кандидат биологических наук, Осаковский В.Л.

Научный консультант:

доктор биологических наук, профессор Назаренко С.А.

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор Стегний В.Н.

кандидат медицинских наук, доцент Валикова Т.А.

Ведущая организация; Институт цитологии и генетики СО РАН, г.Новосибирск Защита диссертации состоится " 5 " декабря 2000 года

в мин. на заседании диссертационного совета К001.49.01 в

медицинской генетики ТНЦ СО РАМН по адресу: 634050, г.Томск, Набере р.Ушайки, 10.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИИ медицинской генетики СО РАМН, г.Томск.

Автореферат разослан

2000 года

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук

Л.К.Крюкова

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

На территории Республики Саха (Якутия) существует целая группа наследственных патологий центральной нервной системы, среди которых наиболее распространенной в якутской популяции является аутосомно-доминантная наследственная мозжечковая атаксия. Данное заболевание с поздним проявлением, генетически идентифицированное как спиномозжечковая атаксия I типа (spinocerebellar ataxia type 1 - SCA1, MIM 164400) или оливопонтоцеребеллярная атаксия, обусловлено экспансией числа тринуклеотидных CAG-повторов в гене SCA1, локализованном на коротком плече хромосомы 6 [Goldfarb L. et al., 1996].

Изучение НМА в Якутии начато с 1970-х гг., когда данное заболевание было выделено в самостоятельную нозологическую единицу из вилгойского энцефаломиелита [Зубри ГЛ. и др., 1972]. Проводимый с того времени клинический учет больных, а в настоящее время благодаря применению методов прямого анализа мутантного гена и асимптоматичных носителей мутации, показывает неблагоприятную ситуацию, сложившуюся с SCA1 в якутской популяции. В результате длительной географической изоляции произошло значительное распространение заболевания, с частотой около 35 случаев на 100000 якутского населения [Платонов Ф.А., 1997], что для данной патологии является одним из самых высоких показателей в мире. Высокая частота SCA1 в якутской популяции [Goldfarb L. et al., 1989], а также ее свободное распространение по территории Якутии благодаря миграции населения, способствуют бесконтрольному увеличению числа носителей мутантного гена. С

внедрением в практику генетических методов диагностики НМА идентифицированы десятки семей с данной патологией и выявление новых носителей мутации увеличивается с каждым годом. Сложность ситуации усугубляется тем, что основная часть пациентов проживает в сельской местности, где отсутствует возможность проведения своевременной пренатальной диагностики заболевания. Необходимость осуществления таких мероприятий, особенно в досимптомный период, не вызывает сомнений. Однако эффективность принимаемых мер во многом зависит от направлений принятой стратегии профилактики, для создания которой большое значение имеет изучение популяционно-генетических особенностей накопления мутации и ее молекулярно-генетическая характеристика.

Следует отметить, что работы, посвященные изучению генетики БСА1 в Якутии, крайне немногочисленны и носят больше клинико-генетический характер. Между тем, изучение спиномозжечковой атаксии I типа в Якутии, как заболевания тринуклеотидной экспансии, важно как для фундаментальных вопросов этиопатогенеза динамических мутаций, так и для прикладной медицины. Такие исследования помогут приблизиться к пониманию механизмов нестабильности тандемных триплетов, лежащей в основе многих дегенеративных заболеваний нервной системы, а своевременное определение носителей мутантного гена позволит вести речь об эффективной профилактике заболевания. Молекулярно-генетическое исследование мутации гена БСА1 в Якутии имеет большое значение для уточнения распространенности заболевания и выявления факторов, способствующих увеличению числа носителей мутантного гена.

Цель работы: молекулярно-генетический анализ мутантного гена

спиномозжечковой атаксии I типа и оценка факторов, влияющих на

нестабильность этого гена в якутской популяции. Задачи исследования:

1. Выявить семьи со случаями БСА1 в якутской популяции. Описать аллельный полиморфизм гена БСА1.

2. Дать характеристику распространения нормальных и мутантных вариантов гена БСА1 в различных субпопуляциях Якутии.

3. Изучить влияние пола родителя на нестабильность патологических аллелей в различных очагах накопления мутации исследуемого гена.

4. Оценить модифицирующие факторы, влияющие на нестабильность гена БСА1 в поколениях.

Научная новизна:

1. Впервые изучена популяционная структура распространения мутации гена ЭСА1 в Якутии и охарактеризованы особенности его молекулярного полиморфизма.

2. Показано существование обособленных субпопуляций с различными частотами патологических аллелей гена БСА1 в пределах одной этнической группы.

3. Анализ распространения мутации в Якутии использован для решения спорных моментов в истории расселения якутов на территории их современного проживания.

4. Впервые проведен сравнительный анализ нестабильности гена 5СА1 в субпопуляциях различных географических регионов Якутии.

5. Дана оценка факторов, влияющих на нестабильность мутантного гена. Установлено влияние молодого возраста отцов на нестабильность тракта тринуклеотидных повторов у потомства. Практическая значимость работы

Молекулярно-генетическое исследование БСА1 в различных субпопуляции Якутии позволяет уточнить распространенность заболевания, с учетом как больных с клинической картиной, так и асимптоматичных носителей мутации. Полученные результаты позволяют органам практического здравоохранения прогнозировать количество и примерные сроки появления новых случаев заболевания, а также организовать пренатальную диагностику этой тяжелой патологии с поздним проявлением. Теоретическая значимость работы

Большое число носителей мутантного гена БСА1 в одной этнической группе встречается достаточно редко и служит хорошей моделью изучения феномена экспансии числа тринуклеотидных повторов. Результаты по исследованию особенностей динамической мутации при БСА1 и факторов ее модификации могут быть применимы при изучении других нозологий, обусловленных тринуклеотидной экспансией.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

1. Структура распространения мутации гена БСА1 в якутской популяции включает в себя совокупность относительно обособленных субпопуляций, различающихся по частотам аллелей.

2. Группа носителей мутации гена БСА1, проживающая в Лена-Алданском междуречье, является наиболее многочисленной и разнообразной по аллельному составу, что позволяет предполагать,

что именно этот район является местом первого распространения данной мутации в Якутии.

3. Нестабильность патологических аллелей гена БСА1 имеет дифференцированный характер в зависимости от возраста и размера САв-последовательности мужчины-носителя.

4. Размер патологического аллеля ребенка детерминируется количеством САС-повторов отца и его возрастом к моменту рождения данного потомка.

Апробация работы

Материалы диссертационной работы были доложены на заседании Ассоциации врачей-неврологов г.Якутска (Якутск, 1998); клиническом, лабораторном семинарах (Якутск, 1999) и Ученом Совете Института здоровья АН РС (Я) (Якутск, 2000); II международной научно-практической конференции "Проблемы вилюйского энцефаломиелита, нейродегенеративных и наследственных заболеваний нервной системы" (Якутск, 2000). Публикации

По материалам диссертации опубликовано 5 работ. Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав (обзора литературы, материалов и методов, результатов исследования, обсуждения), выводов и списка использованной литературы. Диссертация содержит 135 страниц текста, 17 таблиц и 15 рисунков. Библиографический указатель включает 131 источник, из них 26 отечественных и 105 зарубежных.

2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

С помощью молекулярно-генетических методов исследованы пробы ДНК группы симптоматичных и асимптоматичных носителей мутации гена SCA1 в количестве 191 индивида. В исследуемую группу вошли больные, состоящие на учете в диспансерном отделе Института здоровья АН PC (Я) с клиническим диагнозом "наследственная мозжечковая атаксия 1 типа", и их родственники, неврологически здоровые на момент обследования, но также имеющие указанную мутацию. Все носители мутации являются лицами якутской национальности и проживают в трех различных регионах накопления заболевания на территории Республики Саха (Якутия). Пациенты относятся к 11 большим и 49 маленьким родословным, которые территориально распределены следующим образом: Северный очаг -41 носитель (10 семей), Юго-Западный очаг - 49 (17) и Центральный -101 (33).

В качестве контроля было изучено 150 здоровых лиц якутской национальности без мутации гена SCA1. В основном, это были здоровые члены семей, в которых прослеживалась сегрегация мутации гена SCA1.

ДНК экстрагировали стандартным фенольно-хлороформньм методом (Maniatis Т. et а!., 1982) из клеток периферической крови. Дл? проведения полимеразной цепной реакции (ПЦР) использовала наборы реагентов фирмы Perkin Elmer и праймеры Rep1 и Rep2 (Orr Н et al., 1993) (Genset). Амплификация включала 35 циклов.

Продукты ПЦР анализировали методом горизонтальногс электрофореза в агарозном геле с использованием стандартной: маркера на 100 п.н. и последующим окрашиванием бромистым этидием. Результаты визуализировали при фотографировании гелей е УФ-свете. О наличии или отсутствии тринуклеотидной экспансии в гене

SCA1 судили по расположению флуоресцирующих полос в персональных треках геля. Нормальными считали пробы ДНК, в которых данная полоса располагалась между делениями стандартного маркера 200 и 300 п.н,, свидетельствуя о нормативной длине аллелей гена SCA1. Образцы ДНК, в которых флуоресцирующая полоса располагалась выше данного уровня, признавались мутантными. Определение числа тринуклеотидных повторов проводили в лаборатории клинической генетики Института неврологии Национальных институтов здоровья США (NINDS, N!H, USA) методом GeneScan.

Для генеалогического исследования семей использовали компьютерную программу Cyrillic 2.1 (Cherwell Scientific Publishing Ltd., C.J. Chapman, USA). Статистическую обработку данных проводили с помощью программы STATISTICA 5.0. Все данные проходили тестирование на нормальность распределения (на основании асимметрии, эксцесса и средних квадратических отклонений). При выявлении распределения показателей, несоответствующего нормальному, для сравнения выборок применяли непараметрические критерии оценки. В работе использованы методы описательной статистики, корреляционного, регрессионного, однофакторного дисперсионного (ANOVA) и факторного анализов. В качестве критериев сравнения применяли критерии Фишера, Уилкоксона, Стьюдента, Пирсона, Спирмена и критерий знаков.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Аллельный полиморфизм и распространение гена SCA1 в якутской популяции. У обследованной группы носителей мутации из 191 индивида выявлено 24 мутантных аллеля гена SCA1. Протяженность их CAG-последовательностей варьировала от 39 до 60

тринуклеотидных повторов. Единично отмечены случаи с 63 и 72 триплетами. Полиморфизм нормальных аллелей гена БСА1 в якутской популяции насчитывает 9 вариантов, содержащих от 25 до 33 СА6-повторов. Среди нормальных вариантов гена у гетерозиготных носителей преобладают аллели с 28 (13,9%) и 30 (15,4%) повторами. В то же время, наиболее распространенными из мутантных являются аллели с 46, 4В и 51 САв-повтором (по 4,5% от числа всех аллелей гена). При сравнении частот встречаемости нормальных аллелей у носителей мутации и здоровых лиц отмечено, что в контрольной группе преобладает вариант с 28 триплетами (34,6%), в то время как у лиц с мутацией наиболее часто встречается более протяженная форма - с 30 СА6-триплетами (31,9% от всех нормальных аллелей). Из 191 генотипированного носителя мутации 4 являются мутантными компаундными гомозиготами с сочетаниями аллелей разной величины - 41-47, 43-50, 45-54 и 48-56 тринуклеотидных повторов. Таким образом, можно отметить такие особенности мутантного гена ЭСА1 в якутской популяции, как снижение нижней границы размера патологического аллеля, при которой развивается заболевание, до 39, и верхней - до 72 триплетов; сужение диапазона нормальных аллелей до 25-33 повторов, по сравнению с другими этническими группами; наличие гомозигот по мутации гена 5СА1.

Распространение мутации данного гена на территории Якутии имеет неравномерный характер. Выявлено три очага накопления заболевания, расположенных в различных географических регионах республики, - Северный (бассейн нижнего течения р.Индигирка), Центральный (Лена-Алданское междуречье) и Юго-Западный (бассейн верхнего течения рек Вилюй и Лена). Популяционные частоты встречаемости мутации гена 8СА1 в трех очагах накопления данного заболевания представлены в табл.1.

Таблица 1

Популяционные частоты мутации гена БСА1 в трех очагах накопления спиномозжечкой атаксии 1 типа в Якутии

Очаг мутантных генов БСА1 Численность населения, тыс. чел. Популяционная частота на 100 тыс.

Центральный 146,6 68,89

Северный 10,2 401,96

Юго-Западный 107,2 15,85

Частота аллелей гена БСА1 в очагах накопления и на территории Якутии в целом показана на рис.1, а некоторые статистические

характеристики исследованных выборок представлены в табл.2.

Таблица 2

Результаты статистического анализа числа САС-повторов в трех

очагах накопления мутантных генов ЭСА1 в Якутии

Очаг мутантных генов БСА1 Число аллелей Среднее число САБ-повторов Ошибка средней Мин Макс Асимметрия Эксцесс

Северный 44 49,07 0,76 39 60 2,813 10,863

Центральный 102 49,00 0,51 39 72 2,231 5,972

Юго- Западный 49 47,71 0,62 41 59 2,556 7,705

Наибольшее генетическое разнообразие отмечено в субпопуляции носителей мутаций Центрального очага: 22 мутантных и 8 нормальных аллелей. В двух других очагах аллельный диапазон более узок - по 16 мутантных и 7 нормальных вариантов. Статистические исследования показали, что Центральный очаг накопления мутации гена БСА1 составляет отдельную от других субпопуляций генеральную совокупность. Выявлено, что различия между частотами аллелей гена ЭСА1 в трех анализируемых субпопуляциях имеют значимый характер (во всех случаях р < 0,003).

Изучение в данных субпопуляциях соотношения аллельных групп, в первую из которых входят аллели до 50 триплетов (включительно), а

1

1

1

1

------ -г-..........- 1 . . .. 1 .. ..

1

.11 1, . ,. II |!ш»...

Числа САО-повторов

Центральны* регион ^

Ж

Ль

50

Число САС5-оо»торов

СвверНИЙ рвГУОН |

Б

50 €0

Число СА5-оо«торо»

—....... ¡Юго-Эап адиый регион |

|Ц 1ш.1 11

.........1.1. 1. 1

Числа САС5-повгорое

Рис.1.Распространение амелей гена ЗСА1 в якутской популяции

по регионам.

во вторую - более 50, показало, что наиболее генетически сбалансированной является популяция Центрального очага. В Северном регионе отмечена максимальная доля протяженных мутантных аллелей, в то время как в Юго-Западном очаге преобладают короткие варианты. Комплексный анализ полученных данных позволяет сделать вывод о том, что изначальным местом распространения мутации гена SCA1 на территории Якутии является Лена-Алданское междуречье (Центральный регион) - место первого расселения якутов. Дальнейшая миграция представителей данного этноса на Север привела к возникновению Северного очага накопления мутантных генов, в котором в настоящее время зарегистрирована самая высокая их частота. Вероятным объяснением данного факта может служить изоляция расстоянием этого региона даже в пределах республики. Юго-Западный очаг распространения мутации является самым молодым по времени миграции мутантного гена в этот регион. Наличие доказательства существования мутации SCA1 в генотипе якутов до их прихода на территорию современной Якутии (Lunkes A. et al., 1994) позволяет использовать данные о последовательности возникновения очагов накопления мутации, сопутствующей миграциям данного этноса, в дискуссии о путях расселения якутских племен. Следует отметить, что полученные выводы согласуются с одной из гипотез о заселении Якутии (Гоголев А.И., 1993), согласно которой местом первоначального обитания якутов считается Лена-Алданское междуречье, а остальные поселения возникли со временем, став результатом миграции жителей из центрального района по обширному Якутскому краю. Согласно иной версии (Ксенофонтов Г.В., 1992) заселение Якутии было начато с бассейна реки Вилюй. Однако полученные нами данные по распространению мутации гена SCA1 не поддерживают данного мнения.

Пол передающего мутацию родителя и нестабильность гена БСД1. Зависимость степени нестабильности мутантного аллеля от пола родителя, передающего заболевание, неоднократно отмечена рядом авторов [Иллариошкин С.Н. и др. 1995, 1996; воДОагЬ е! а!., 1996]. Анализ 26 групп сибсов с материнским типом передачи и 29 сибств с отцовским, а также 21 пары "мать-ребенок" и 23 пар "отец-ребенок" подтвердил этот факт и для якутской популяции. Показано, что нестабильность аллелей исследуемого гена присутствует как при передаче мутации отцом (82,6% случаев), так и при получении ее от матери (66,6%). Однако специфической чертой мужской нестабильности является ее однонаправленность: не зафиксировано случаев уменьшения числа САС-триплетов при передаче мутации детям от отцов, выявлены изменения только в сторону их увеличения. Возникающие при этом различия в размере мутантных аллелей между группами отцов и детей имеют статистически достоверный характер (р=0,00003). Напротив, при передаче заболевания от матери нестабильность тринуклеотидного тракта приводит как к увеличению, так и к укорочению мутантного аллеля ребенка. Поэтому в группе детей, получивших мутацию от матери, значимых изменений размера аллелей не зафиксировано (р=0,49). Эти наблюдения позволяют сделать вывод о том, что в популяционном аспекте важное значение имеет мужская нестабильность, так как именно она приводит к увеличению числа повторов в следующем поколении.

Региональные особенности нестабильности гена вСА1. По причине различных видов изоляции очаги накопления мутации в Якутии в течение ряда поколений развивались самостоятельно, став отдельными субпопуляциями. Такие микроизоляты являются удобной моделью изучения влияния факторов внешней среды на динамические мутации. На материале 23 пар "родитель-ребенок" из Центрального

очага (13 - с отцовским наследованием и 10 - с материнским), 10 пар из Северного (5 и 5) и 9 - из Юго-Западного (5 и 4 соответственно) показано, что мутантные аллели гена БСА1 во всех трех регионах сохраняют нестабильность при наследовании. Методом регрессионного анализа выявлено, что отмечаемая для 5СА1 зависимость размера патологического аллеля ребенка от аллеля родителя имеет достоверный характер и различную степень в разных очагах распространения мутации (табл.3).

Таблица 3

Результаты регрессионного анализа зависимости количества САв-

Очаг Коэффициент корреляции, Я Коэффициент детерминации, И2 Уровень значимости, р

Центральный 0,92 0,837 0,00000

Северный 0,92 0,843 0,0002

Юго-Западный 0,82 0,669 0,007

Коэффициент детерминации В2, показывающий ту часть эмпирических данных, которая соответствует выявленной взаимосвязи, по своим значениям очень близок для Центрального и Северного очагов распространения мутации и отражает достаточно сильную зависимость числа САв-повторов ребенка от величины мутантного аллеля родителя. В Юго-Западном регионе такая взаимосвязь является более слабой, что позволяет предполагать более высокую степень нестабильности патологических аллелей гена в данном очаге накопления мутации. По причине малого объема эмпирических данных сделать вывод о достоверном влиянии внешней среды на нестабильность тринуклеотидных повторов на данном этапе не представляется возможным. Однако, анализ материала по зависимости числа САС-повторов ребенка от размера мутантного аллеля отца в отдельных регионах распространения мутации, поддерживает выдвинутое предположение о повышенной

нестабильности тринуклеотидного тракта гена 5СА1 в Юго-Западном регионе распространения мутации.

Факторы, определяющие нестабильность гена 5СА1. В 23 парах "отец-ребенок" исследовали комплекс таких характеристик носителей мутации, как величины нормальных и патологических аллелей родителей (Норм1 и Г1ат1, соответственно) и их детей (Норм2 и Пат2), год рождения отца (ГР1) и его возраст на момент рождения ребенка с мутацией (Возр), а также принадлежность к региону очага заболевания (рис.2). Методами корреляционого и регрессионного анализов выявлены пары взаимосвязанных характеристик нестабильности (табл.4).

Таблица 4

Результаты регрессионного анализа, показывающие величину взаимосвязи некоторых характеристик нестабильности гена БСА1

Признаки Коэфф. корр., Р Коэфф. детерм., Я2 Р-критерий Уровень значимости, Р

ГР1 - Возр 0,556 0,308 9,389 0,006

Пат1 - Пат2 0,853 0,728 56,100 0,000

Пат2 - Возр 0,456 0,208 5,518 0,029

Показано омоложение возраста начала репродуктивного периода у мужчин-носителей мутации, что ведет к повышению числа потомков, родившихся у носителя до манифестации заболевания, с соответствующим увеличением количества детей, унаследовавших мутацию. Зависимость размера мутантного аллеля ребенка от числа САв-повторов отца является наиболее выраженной. Выявлено, что в 72,8% случаев в поколении детей происходит обязательное увеличение размера аллеля, по сравнению с родительским поколением. Эти данные

22 2t эв J4 M 4J ИМ 1»5S tWO IMS IKQ ^«6 ISCC IMS 1170

Рис.2. Корреляционная и регрессионная связи характеристик нестабильности (Пат2 - Возр, Возр - ГР1, Пат2 - Пат1).

свидетельствуют в пользу реальности существования феномена антиципации при спиномозжечковой атаксии 1 типа.

Следует отметить, что изменение размера патологического аллеля детей в зависимости от возраста отцов к моменту рождения ребенка, имеет сложный характер. Так, при исследовании 23 пар "отец-ребенок", разделенных на 2 группы по возрасту отцов при передаче мутации (до 30 лет и старше) установлено, что в разных возрастных группах существуют некоторые особенности передачи мутантного гена потомству. У более молодых отцов выявлена статистически значимая корреляция между возрастом отца при рождении ребенка и числом САв-повторов у детей (г—0,53, р=0,024 по коэффициенту ранговой корреляции Спирмена). Кроме того, в данной возрастной группе выявлено повышение степени нестабильности мутантного гена, выражающееся в удлинении патологического аллеля ребенка при увеличении количества СА6-триплетов родителя. По результатам регрессионного анализа установлено, что в группе отцов, передавших мутацию до 30 лет, возраст оказывает достоверное влияние на аллели мужчин с числом ОАЭ-повторов более 45 (р=0,028). При этом размер тринуклеотидной последовательности ребенка увеличивается' в диапазоне от 1 до 6 триплетов, составляя в среднем 2,86 повтора. Эффекта возраста отца при возникновении протяженных аллелей (от 58 до 63), являющихся результатом скачкообразного увеличения родительского аллеля на 8-9 САв-повторов, не выявлено. При передаче мутации мужчиной старше 30 лет корреляция с величиной аллеля у ребенка приобретает незначимый характер (г=-0,44, р=0,956), нестабильность имеет некоторый постоянный уровень, характерный для всего диапазона аллелей, а каких-либо закономерностей

расположения случаев в 95% доверительном интервале не зафиксировано.

Для проверки существующего положения о повышении степени нестабильности мутантных аллелей с увеличением возраста носителя мы провели дополнительное исследование, включив в анализируемый материал 20 групп сибсов с известными характеристиками величины аллеля у ребенка и возрастом отца. В группе отцов в возрасте до 30 лет выявлена тенденция к уменьшению длины патологических аллелей в следующем поколении в зависимости от возраста отца к моменту рождения ребенка. При передаче мутации отцами старше 30 лет влияния возраста на число САв-триплетов у потомков не выявлено.

Факторный анализ характеристик нестабильности гена ЗСА1. Данный метод использовали с целью выделения из группы описательных характеристик нестабильности мутантного гена ЗСА1 ряда факторов, которые определяют и, соответственно, изменяют ее. Установлено, что такими модификаторами нестабильности гена ЗСА1, являются (в порядке значимости):

1) размер патологических аллелей отцов и их детей (Пат1 и Пат2);

2) возрастные характеристики отцов (ГР1 и Возр);

3) региональная принадлежность очага накопления.

Определение достоверности вывода о влиянии выделенных

характеристик на нестабильность мутантного гена 8СА1 проводили методом однофакторного дисперсионного анализа (АЫО\/А). Объектом действия анализируемых факторов был выбран признак Пат2, так как именно число триплетов ребенка позволяет судить о степени нестабильности. Дополнительным объектом анализа послужили нормальные аллели, так как их частоты у здоровых лиц и гетерозиготных носителей различны. Результаты статистического исследования представлены в табл.5.

Таблица 5

Факторы, оказывающие достоверный эффект на характеристики нестабильности гена вСА1 (по критерию Спирмена)

Фактор Характеристика объекта Уровень значимости, Р

Пат1 Пат2 0,000

Возр Пат2 0,0475

Норм2 0,0313

В результате проведенного анализа, установлено, что размер патологического аллеля отца и его возраст на момент рождения ребенка с мутацией, являются факторами, обуславливающими нестабильность гена вСА1 и оказывающими достоверное влияние на количество САв-повторов в следующем поколении.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящей работе проведено молекулярно-генетическое исследование носителей мутации гена спиномозжечковой атаксии I типа в якутской популяции с последующим анализом факторов, определяющих нестабильность его патологических аллелей. Показано, что существующие в Якутии очаги накопления этого тяжелого нейро-дегенеративного заболевания с поздним проявлением возникли в результате распространения мутации гена БСА1 из Лено-Алданского междуречья в различные регионы республики. Из Центральной Якутии мутация мигрировала первоначально на Север, образовав очаг на р.Индигирка, а потом уже распространилась в бассейне среднего течения р.Вилюй и на р.Олекма, где был сформирован самый молодой ее очаг. Эффекты основателя и последующая изоляция привели к тому, что каждый трех очагов распространения мутации стал представлять обособленную субпопуляцию с характерным и отличным от других набором аллелей рассматриваемого гена.

Следует отметить, что нестабильность мутантного гена ЭСА1 проявляется при его передаче как через мужчин, так и через женщин. Различия состоят в направлении происходящих аллельных изменений. Передача заболевания отцом изменяет СА6-последовательности только в сторону увеличения аллеля, тогда как при наследовании от матери наблюдаются разнонаправленные преобразования размеров мутантных аллелей у детей, которые компенсируя друг друга, в целом не приводят к изменению величины аллелей у потомства. Поэтому с медико-генетической точки зрения нестабильность данного гена у отцов носителей мутации имеет более важное значение, поскольку ведет к достоверному увеличению размера аллелей у потомков, что усугубляет тяжесть заболевания в последующих поколениях в результате феномена антиципации.

При анализе зависимости размеров патологического аллеля ребенка от числа САв-триплетов у отца выявлены различия в интенсивности связи этих признаков между отдельными субпопуляциями Якутии. В Юго-Западном очаге распространения болезни отмечено снижение данной взаимосвязи по сравнению с другими регионами, что, по нашему мнению, позволяет говорить о более высокой нестабильности мутантного гена в данном регионе, предполагая возможное воздействие окружающей среды. Рассмотрение региональных тенденций данной зависимости при отцовском наследовании мутации подтверждает выдвинутое предположение.

Интересно отметить, что нами зафиксировано омоложение начала репродуктивного периода у мужчин-носителей мутации, по сравнению с предыдущими поколениями. Вероятным результатом этого события является увеличение числа детей, которые могут появиться у носителей мутантного гена до манифестации заболевания, с

соответствующим возрастанием доли детей, его унаследовавших, что, в свою очередь, ведет к повышению числа лиц с БСА1.

Показано, что возраст носителя мутации оказывает модифицирующее влияние на нестабильность его патологического аллеля и, следовательно, на размер САв-последовательности ребенка. Установлена значимая отрицательная корреляция между размером мутантного аллеля у ребенка и возрастом отца на момент рождения потомка, если возраст отца-носителя не превышает 30 лет. В этой же возрастной группе отмечено повышение степени нестабильности мутантного гена при увеличении в нем числа САв-повторов. У отцов старше 30 лет значимой связи возраста с размером мутантного аллеля у ребенка не выявлено, при этом нестабильность гена БСА1 характеризуется некоторым постоянным уровнем. Отмечен разнообразный характер влияния возраста носителя на патологические аплели следующего поколения в зависимости от их длины. По-видимому, возникновение очень протяженных аллелей у детей (58-63 САО-повтора) не связано с влиянием возрастного фактора. Проведенное исследование позволяет заключить, что основными факторами, оказывающими влияние на нестабильность гена вСА1 в якутской популяции, являются размер патологического аллеля мужчины-носителя и его возраст при передаче мутации следующему поколению.

ВЫВОДЫ

1. Спиномозжечковая атаксия 1 типа (БСАЧ), как типичное заболевание с экспансией числа тринуклеотидных повторов, распространена на территории Якутии неравномерно. Наиболее высокая концентрация мутантных генов БСА1 выявляется только у якутов, проживающих в трех географических районах республики -Северном (бассейн нижнего течения реки Индигирка), Центральном

(Лена-Алданском междуречье) и Юго-Западном (бассейны верхнего течения рек Вилюй и Лена). В этих трех очагах накопления мутации отмечается достоверное различие частот патологических аллелей гена БСА!

2. К особенностям полиморфизма гена БСА1 в якутской популяции относятся: а) более узкий диапазон нормальных аллелей, колеблющийся в пределах 25-33 САв-повторов, по сравнению с диапазоном 9-37 повторов, характерным для других популяций; б) уменьшение нижней границы размера мугантных аллелей до 39 САв-повторов; в) уменьшение верхней границы мутации до 72 повторов; г) более высокая частота компаундных мутантных гомозигот.

3. Группа носителей мутации гена БСА1 Центрального очага распространения болезни является наиболее многочисленной и разнообразной по аллельному составу, по сравнению с двумя другими областями распространения мутации. Это дает основание предполагать, что именно в Лена-Алданском междуречье находилось место возникновения мутации или миграции извне родоначальника мутации и первого распространения мутантного гена БСА1 на территории современной Якутии.

4. Выявлен высокий уровень нестабильности мутантного гена 5СА1 у потомства, который наиболее выражен при передаче заболевания от отца, по сравнению с матерью. При отцовской передаче мутации в 82,6% случаев происходит однонаправленное увеличение числа САв-повторов у потомства в пределах от 1 до 9 триплетов, составляя в среднем 4 повтора.

5. Нестабильность гена БСА1 при отцовской передаче заболевания зависит от размера патологического аллеля носителя и его возраста на момент рояедения ребенка с мутацией. Уровень

нестабильности гена SCA1 у потомства повышается с увеличением

CAG-тракта этого гена у отца, особенно у мужчин в возрасте до 30 лет.

6. Установлено, что в якутской популяции произошло

омоложение возраста начала репродуктивного периода у носителей

мутации гена SCA1.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Шатунов А.Ю., Брахфогель И.Ф. Аутоиммунитет, мозгоспецифическиё антигены при патологии центральной нервной системы у коренных жителей Якутии. В материалах I международной научно-практической конференции" Вилюйский энцефаломиелит". -Якутск.-1996.- С. 114-120.

2. Платонов Ф.А., Брахфогель И.Ф., Осаковский В.Л., Гоголев М.П. К вопросу о пенетрантности мутантного гена наследственной мозжечковой атаксии 1 типа в генетически однородной популяции. // Дальневосточный медицинский журнал. -1999. - №2. - С.9-11.

3. Platonov FA, Brakhfogel I.F., Osakovsky V.L., Goldfarb L.G. Hereditary ataxia: populative-genetic researches. // The Seventh International Symposium of the Japan-Russia Medical Exchange. Abstracts. Hirosaki.-1999. - P.257.

4. Брахфогель И.Ф., Платонов Ф.А., Осаковский В.Л. Особенности внутрипопуляционной динамики мутантного гена SCA1 в якутской популяции. II Бюллетень Сибирского отделения РАМН. -1999. - №34. - С. 117-120.

5. Брахфогель И.Ф. Молекулярно-генетические исследования SCA1 в якутской популяции. Тез. докл. II международной научно-пракг. конф. "Проблемы вилюйского энцефаломиелита, нейродегенеративных и наследственных заболеваний нервной системы". Якутск. 2000. - С.76.