Такова история болезни одной пациентки, о которой дважды сообщалось в литературе врачами, наблюдавшими ее на протяжении более 10 лет. Когда ей было 7 лет, ее случай был упомянут в медицинской литературе в связи с тем, что она страдала циститным фиброзом (CF, cystic fibrosis) и недостаточностью гормона роста и была очень невысокого роста (Hubbard et al,, 1980). В поисках гена, отвечающего за CF, Боде (Beaudet) с сотрудниками разыскивали необычных пациентов с CF, у которых были бы при этом дополнительные особенности, в надежде идентифицировать небольшие делеции или хромосомные перестройки, которые могли бы облегчить картирование и идентификацию гена CF. Поэтому данная пациентка привлекла их внимание. В 16 лет ее рост составлял 130 см, умственное развитие соответствовало норме, но у нее явно была некоторая асимметрия тела (см. правую часть рисунка на титульной странице). Анализ ее ДНК показал, что она гомозиготна по множественным полиморфным ДНК-маркерам на хромосоме 7, включая центромерные альфоидные повторы (Spence et al., 1988). После того, как были исключены отсутствие отцовских элементов и гемизиготность, и после изучения ДНК бабушки пациентки (мать уже скончалась) Спенс (Spence) с коллегами сделали вывод, что данная пациентка унаследовала две идентичные копии центромерного района хромосомы 7 от своей бабушки по материнской линии (Spence et al., 1988). Учитывая теоретическое предположение Энгела (Engel), что однородительская дисомия (uni-parental disomy — UPD) возможна у человека (Engel, 1980), Боде (Beaudet) с коллегами сразу же догадался, что материнская UPD по хромосоме 7 выявляет рецессивную мутацию в гене CF и объясняет все дополнительные соматические особенности. Совокупность клинических характеристик пациента вместе с лабораторными оценками не только привели в результате к идентификации первого случая UPD у человека, но и проиллюстрировали тот факт, что отцовский и материнский геномы не эквивалентны в отношении по крайней мере некоторой части хромосомы 7. Таким образом был установлен новый механизм неменделевской наследственности для объяснения причин заболеваний и аномалий развития (рис. 23.2).
Рис. 23.1. Генетические и эпигенетические механизмы, лежащие в основе нарушении, связанных с хроматином
Эпигенетические механизмы обычно включают изменения метилирования ДНК или изменения хроматина в импринтированных локусах, что нарушает моноаллельную экспрессию. Генетические механизмы можно разделить на два класса. 7гаш'-эффекты включают в себя потерю или дисфункцию факторов, ассоциированных с хроматином, которые, в свою очередь, могут изменять структуру хроматина и экспрессию генов в определенных участках генома, cis-эффекты представляют собой мутации в некодирующих участках, которые могут быть необходимы для регуляции. Результатом этих мутаций, которые могут включать в себя увеличение повторов ДНК, может быть изменение хроматина, влияющее на стабильность генома и экспрессию генов
Хотя в 1988 г. некоторые считали, что однородительская дисомия (UPD) хромосомы это редкое явление, сейчас мы знаем, что случаи UPD отмечались до сих пор практически для всех человеческих хромосом, кроме хромосом 3 и 19.
Рис. 23.2. Последствия однородительской дисомии
Состояния метилирования ДНК островков CpG, лежащих «вверх по течению», обозначены розовыми кружками, если ДНК метилирована и пустыми кружками, если неметилирована. Состояние метилирования ДНК влияет на экспрессию гена, лежащего «вниз по течению». Аллели, наследуемые по материнской линии, дублированы (ген В); тогда как гены, которые находятся на отцовской аллели утрачены (ген А)
Изучение необычных пациентов не только установило случаи UPD для дополнительных хромосом, но и привело в 1989 г. к предположению, что UPD вызывает заболевания благодаря изменениям в эпигенотипе и нарушению геномного импринтинга (Nicholls et al., 1989). Николс (Nicholls) с соавторами изучали пациента с синдромом Прадера-Уилли (PWS, Prader-Willi syndrome), у которого была сбалансированная робертсоновская транслокация t( 13; 15), которая также присутствовала у его матери, не имевшей симптоматики, и у родственников по материнской линии. Тот факт, что пробанд унаследовал свою вторую свободную хромосому 15 от своей матери (тогда как все индивидуумы, не имевщие симптоматики, наследовали ее от отцов), привело авторов к заключению, что материнская UPD привела к фенотипу PWS. После того, как наличие материнской UPD по хромосоме 15 подтвердилось у второго пациента с PWS и с внешне нормальным кариотипом, авторы предположили, что в этиологии PWS свою роль играет геномный импринтинг. Более того, они заключили, что либо отцовские делеции, либо материнская UPD с 15ql 1-13 обычно приводит к PWS, и они предсказали, что отцовская UPD15 точно так же, как материнские делеции данного района, может вызвать синдром Ангелмана (Angelman syndrome). Все эти предсказания оказались верными (рис. 23.3).