Посещений:
БОЛЕЗНЬ Charcot–Marie–Tooth
Пути молекулярной терапии
|
Charcot–Marie–Tooth disease and pathways to molecular based therapies T. Harel and
J.R. Lupski
Clinical Genetics
Volume 86, Issue 5, pages 422–431, November 2014
|
The discovery in 1991 that chromosome 17p12 duplication is associated with Charcot-Marie-Tooth (CMT) disease marked the beginning of an era of molecular insight into this disorder, which encompasses the peripheral motor and sensory neuropathies. A mere two decades later, over 40 subtypes of CMT have been molecularly defined and many have been extensively studied in vitro and in animal models, providing the framework for a more comprehensive understanding of the biological pathways dictating myelination, axonal dynamics, and axon-glia interactions. The advent of next-generation sequencing technologies offers opportunities in both research and clinical settings for gene discovery, further molecular understanding and diagnosis, and calls for modifications of the existing algorithms guiding genetic testing. Although treatment is mainly supportive at this time, advances in this field are anticipated as the molecular basis of CMT is unraveled.
|
Болезнь Charcot-Marie-Tooth (CMT) названа именами трех неврологов, впервые описавших болезнь в 1886, является довольно распространенным наследственным заболеванием периферических нервов человека с частотой 1 на 2500 [1]. Несмотря на относительно устойчивый клинический фенотип, связанный с симметричной дистальной полинейропатией (DSP) [2, 3], перонеальная (петушиная) походка, деформации стоп ( pes cavus и молотко-образный палец), потеря чувствительности в дистальных частях, снижение или отсутствие рефлексов с глубоких сухожилий [4-6], генетическая гетерогенность становится наиболее отчетливой спустя 20 лет, идентифицировано кстати свыше 70 генов и локусов. Поскольку CMT в точности используется как эпоним для наследственной моторной и сенсорной невропатии, он может рассматриваться как часть континуума с диапазоном от чистой hereditary motor neuropathies (HMN) до преимущественно сенсорной и чистой hereditary sensory neuropathies (HSN), и специфические гены ассоциированы более чем с одной формой невропатии внутри этого спектра [7]. Электро-физиологические исследования позволили классифицировать CMT демиелинизирующие формы (CMT type 1), которые характеризуются специфической редукцией скорости проводимости двигательных нервов (MNCV) ниже 38 m/s; и аксональные формы (CMT type 2), которые характеризуются MNCVs выше 45 m/s, но пониженной амплитудой compound muscle action potential (CMAP). Доминантные промежуточные формы (CMTDI) обнаруживают MNCVs между 25 и 45 m/s [8]; а CMT type 4 и CMTX соответствуют аутосомно рецессивной и Х-сцепленной формам, соотв. [9]. Классификация CMT проводимая дальше в подтипах определяется мутантным геном (Table 1).
Table 1. CMT subtypes
CMT subtype OMIM Gene Protein function
AD demyelinating CMT1A 118220 17p12 duplication (PMP22) Myelin assembly
CMT1B 118200 MPZa
Myelin assembly
CMT1C 601098 LITAF Early endosomal membrane protein
CMT1D 607678 EGR2a
Transcription regulation, including of myelin proteins
CMT1E 118300 PMP22 point mutationsa
Myelin assembly
CMT2E/1F 607734 NEFLa
Neurofilament dynamics
Dominant intermediate CMTDIA 606483 10q24.1-q25.1
CMTDIB 606482 DNM2 Endocytosis and intracellular membrane trafficking
CMTDIC 608323 YARS Aminoacyl-tRNA synthetase
CMTDID 607791 MPZ Myelin assembly
CMTDIE 614455 INF2 Cytoskeletal remodeling
CMTDIF 615185 GNB4 Signal transduction
AD axonal CMT2A 609260 MFN2a
Mitochondrial dynamics
CMT2B 600882 RAB7 Endocytosis
CMT2C 606071 TRPV4 Calcium homeostasis; cytoskeletal remodeling
CMT2D 601472 GARS Aminoacyl-tRNA synthetase
CMT2F 606595 HSPB1 Cytoskeletal remodeling
CMT2G 608591 12q12-q13.3
CMT2I 607677 MPZ Myelin assembly
CMT2J 607747 MPZ Myelin assembly
CMT2K 607831 GDAP1a
Mitochondrial dynamics
CMT2L 608673 HSPB8 Cytoskeletal remodeling
CMT2N 613287 AARS Aminoacyl-tRNA synthetase
CMT2O 614228 DYNC1H1 Axonal transport
AR demyelinating CMT4A 214400 GDAP1 Mitochondrial dynamics
CMT4B1 601382 MTMR2 Membrane trafficking
CMT4B2 604563 SBF2 (MTMR13) Membrane trafficking
CMT4B3 615284 SBF1 (MTMR5) Membrane trafficking
CMT4C 601596 SH3TC2 Endocytic recycling
CMT4D 601455 NDRG1 Membrane trafficking
CMT4E 605253 EGR2 Transcription regulation
CMT4F 614895 PRX Myelin assembly
CMT4G 605285 HK1 Glucose metabolism
CMT4H 609311 FGD4 Cytoskeletal remodeling
CMT4J 611228 FIG4 Endocytic recycling
Recessive intermediate CMTRIB 613641 KARS Aminoacyl-tRNA synthetase
CMTRIC 611101 PLEKHG5 Signal transduction
AR axonal CMT2B1 605588 LMNA Intermediate filament protein
CMT2B2 605589 MED25 Transcription regulation
CMT2H 607731 8q21.3 (GDAP1?)
CMT2P 614436 LRSAM1 Receptor endocytosis
X-linked dominant CMTX1 302800 GJB1 Myelin assembly/intra-myelin transport
CMTX6 300905 PDK3 Pyruvate dehydrogenase kinase
X-linked recessive CMTX2 302801 Xp22.2
CMTX4 310490 AIFM1 Oxidative phosphorylation; apoptosis
CMTX5 311070 PRPS1 Purine and pyrimidine biosynthesis
1. AD, autosomal dominant; AR, autosomal recessive; CMT, Charcot-Marie-Tooth.
2. a Both AD and AR inheritance have been reported.
Phenotypes and classification of CMT
CMT1: autosomal dominant demyelinating neuropathies
Открытие 1991, продемонстрировавшее дупликацию в 1.4 Mb на хромосоме 17p12, соответствовавшую гену PMP22 (peripheral myelin protein 22), лежащему в основе CMT1A [10-12], предоставило инициальную ступень в направлении выяснения генетических основ CMT. Дупликация CMT1A , как полагают, обусловливает фенотипические отклонения с эффектом дозовой зависимости [13], эта гипотеза далее была подтверждена с помощью редкой гомозиготной дупликации CMT1A у пациентов с более тяжелым течением болезни, чем у сиблингов, гетерозиготных по CMT1A дупликации [10, 14]. Эта концепция дозы гена в нейрологическом фенотипе далее была умножена с помощью удивительной новой находки трипликации CMT1A и наблюдения, что CMT1A дупликация может в дальнейшем мутировать в трипликацию и вызывать более тяжелую болезнь и выпадения из фенотипического ряда в семье [15]. Дупликация CMT1A объясняет примерно 40% всех случаев CMTs [16, 17] и 70% CMT1 [18]. Пациенты обычно достигают нормальных двигательных показателей, начиная ходить до 15 мес., но у них быстро развивается прогрессирующая слабость и потеря чувствительности во время первых 20 лет жизни; униформно замедляются MNCVs до 20-25 m/s [17].
PMP22 это чувствительный к дозе ген, экспрессирующийся преимущественно в компактном миелине Шванновских клеток ПНС; избыточная экспрессия вызывает CMT1A, тогда как недостаточная экспрессия (результат реципрокной делеции 17p12 или nonsense/frameshift PMP22 мутаций) приводит к наследственной невропатии hereditary neuropathy with liability to pressure palsies (HNPP) [19, 20]. Точечные мутации в PMP22 были описан при менее распространенной форме CMT1E, которая может быть ассоциирована с потерей слуха. Исследования in vitro и in vivo пролили свет на возможный механизм, связанный с избыточной экспрессией PMP22 при периферической невропатии. При избыточной экспрессии PMP22 образуются белковые агрегаты, которые подвергаются убиквитинированию и 'заливке' в аппарат деградации белка, вызывая апоптоз [21, 22]. Trembler и Trembler-J PMP22-мутантные мыши подвергаются локальной демиелинизации аксонов [23] с последующим снижением фосфорилирования нейрофиламент, приводящим к замедлению аксонального транспорта и снижению диаметра аксонов [24]. Хотя демиелинизация является патологическим и физиологическим признаком CMT1A, клинические признаки и симптомы этой болезни связаны с дегенерацией аксонов [25, 26] и в самом деле недавние исследования предоставили доказательства, что тяжесть CMT1A коррелирует наиболее тесно со занчениями CMAP, чем MNCV [27, 28].
Второй подтип CMT1 связан с мутациями в MPZ, кодирующим главный белок миелина protein zero (P0) [29]. Пациенты с мутациями в MPZ обнаруживают бимодальное распределение в соответствии с генотипом, при этом тяжелые мутации приводят часто к тяжелым фенотипа с ранним началом с заметным снижением MNCVs (~15 m/s) и способностью передвигаться, достигаемой (above the knee bracing, walkers, or wheelchairs) к 2 годам; более слабые мутации вызывают фенотип с поздним началом, ассоциированный с дегенерацией аксонов при минимальной демиелинизации [30]. Предполагается, что или аномальные эффекты избыточной функции (токсичность неправильно упакованного белка) или уменьшение количества P0 (гаплонедостаточность) могут лежать в основе клинического фенотипа, связанного с мутациями MPZ [31]. Неправильно упакованные белки, как было установлено, накапливаются в эндоплазматическом ретикулуме и активируют unfolded protein response (UPR), приводя к апоптозу Шванновских клеток и последующей демиелинизации у модельных мышей CMT1B [32]. Недавние публикации показали, что copy number variation (CNV) также может вызывать CMT1B подобно локусу CMT1A, но участие дупликации гена MPZ [33, 34], усиливает доверие к мнению, что повышение дозы гена MPZ непосредственно участвует в патогенеза в периферических нервах человека. Описаны и дополнительные формы CMT1: LITAF/SIMPLE при CMT1C [35], EGR2 при CMT1D [36 и NEFL при CMT1F/CMT2E [37].
CMT2: axonal neuropathies
В противоположность CMT1, при котором существенный процент пациентов имеет повторяющуюся дупликацию 17p12 , CMT2 имеет чрезвычайно гетерогенную генетическую этиологию, которая включает 18 локусов/подтипов (CMT2A-CMT2P, see Table 1). Мутации в гене mitofusin 2 (MFN2), ассоциирующие с CMT2A, объясняют около 20% случаев CMT2 [38, 39]. Пациенты с CMT2A наиболее часто представлены тяжелым фенотипом, который в первую очередь связан с движением или движением, сопровождаемым выраженной потерей проприоцептивной чувствительности и часто приводит в инвалидное кресло после 20-летнего возраста [39]. MFN2 участвует в пути динамики слияния митохондрий [40], а его истощение, как полагают, вызывает CMT благодаря потере митохондриальной ДНК (mtDNA) и нарушению оксидативного фосфорилирования и биоэнергетики клеток. Альтернативно, дефекты митохондриального транспорта могут вносить вклад в невропатию, на что указывает нарушение в аксонах транспорта митохондрий у мышей, дефицитных по Mfn2 [41, 42].
Отличительные фенотипические признаки были описаны в ассоциации со специфическими подтипами CMT type 2, и могут помочь в проведении диагностического тестирования (Table 2): атрофия зрительного нерва CMT2A (MFN2) [43]; ulcero-mutilating neuropathy и преимущественно сенсорный фенотип при CMT2B (RAB7) [44]; парез диафрагмы и голосовых связок при CMT2C (TRPV4) [45-47]; потеря слуха и аномалии зрачка при CMT2J (MPZ)[48, 49]; и трудности с обучением при CMT2O (DYNC1H1) [50].
Table 2. Distinctive phenotypes associated with CMT subtypes
Additional phenotypes CMT subtype Gene
Hearing loss CMT1E PMP22
Hearing loss CMT4D NDRG1
Hearing loss, glomerulosclerosis CMTDIE INF2
Hearing loss, pupillary abnormalities CMT2J MPZ
Hearing loss, cognitive impairment CMTX4 AIFM1
Hearing loss, optic atrophy CMTX5 PRPS1
Optic atrophy CMT2A2 MFN2
Glaucoma CMT4B2 MTMR13
Cataracts, neutropenia CMTDIB DNM2
Vocal cord paresis, diaphragmatic paresis CMT2C TRPV4
Vocal cord paresis CMT with vocal cord paresis GDAP1
Pulmonary involvement, congenital hypomyelinating neuropathy CMT4E EGR2
Learning difficulties CMT2O DYNC1H1
Ulcero-mutilating neuropathy CMT2B RAB7
1. CMT, Charcot-Marie-Tooth
CMTX: X-linked motor and sensory neuropathies
При частоте примерно 10%, CMTX1 [51] является вторым среди наиболее распространенных наследственных нейропатий. Большинство мужчин с CMTX1 имеют промежуточное замедление MNCV обычно между 25 и 35 m/s, тогда как затронутые женщины имеют MNCV выше, чем 35 m/s [17]. CMTX1 генетически определяется мутациями в генеe GJB1, который кодирует белок щелевых соединений connexin-32 (Cx32) [52]. Cx32 располагается в не-компактном миелине и образует функциональные каналы, которые делают возможным быстрый транспорт ионов и малых питательных веществ между сцепленными клетками при радиальной миграции через слои миелина [53, 54].
Идентифицированы гены для трех дополнительных X-сцепленных форм CMT: AIFM1 ассоциирован с CMTX4 или Cowchok синдромом, который связан с потерей слуха и нарушениями познавательной способности в дополнение к нейропатии [55]; PRPS1 связан с синдромом Arts и характеризуется нейропатией, атрофией зрительного нерва и потерей слуха [56]; и PDK3 ген, отвечающий за CMTX6 [57].
CMT4: autosomal recessive motor and sensory neuropathies
CMT типа 4 определяется по способу наследования скорее, чем электрофизиологии. Он включает 11 подтипов (CMT4A-CMT4J, see Table 1), из которых CMT4C, по-видимому, наиболее широко распространен [58, 59]. CMT4C вызывается мутациями в гене SH3TC2 [60] и характеризуется высоким преобладанием сколиоза или кифосколиоза помимо демиелинизирующей сенсорно-моторной нейропатии. Часто проявляется в детстве с задержкой хождения, дистальной слабостью и деформациями стоп или сколиозом [60, 61].
CMT4A вызывается гомозиготными или компаундными гетерозиготными мутациями в гене GDAP1 [62]. Так, одиночная гетерозиготная мутация в GDAP1 может приводит к подтипу CMT2K при этом фенотипы распределяются от слабой с началом у взрослых и медленным прогрессированием симптомов до тяжелого с началом у детей [63, 64]. Пациенты с аутосомно рецессивным CMT4A почти неизменно имеют ранее начало и тяжелую сенсорно-моторную невропатию, которая может быть демиелинизирующей или аксональной. Переход к инвалидному креслу не редок и описывается парез голосовых связок и хрипота [65, 66]. GDAP1 ядерным кодирующим геном, чей белок локализуется в наружной мембране митохондрий, где он участвует в динамике митохондрий, влияя на разделение в противовес процессу слияния митохондрий, обеспечиваемому с помощью MFN2. GDAP1 экспрессируется как нейронами, так и Шванновскими клетками, указывая тем самым, что оба типа клеток вносят вклад в признаки болезни [67].
Molecular basis of CMT
Axon-glia interactions and axonal degeneration
Идентификация более 40 генов, ассоциированных с CMT предоставила беспрецедентную информацию о биологии Шванновских клеток и нейронов (Fig. 1). Хотя первичные метаболический и структурные дефекты часто затрагивают или миелин или аксоны, финальный общий путь периферическая невропатия представляет собой процесс дегенерации аксонов. Вторичная дегенерация аксонов считается проявлением неспособности Шванновских клеток поддерживать аксоны и, как было установлено, непосредственно связана с клиническими функциональными нарушениями, чем с самой демиелинизацией [26, 27, 9].
Figure 1. Schematic drawing of a peripheral neuron and Schwann cell. Approximate localizations of the major genes associated with Charcot-Marie-Tooth (CMT) are indicated. Genes on the left half of the diagram are localized to the Schwann cell and give rise to demyelinating CMT (CMT1 or CMT4), while genes on the right half of the diagram are localized to the cell body or axon and give rise mainly to axonal CMT (CMT2).
Myelin assembly and Schwann cell dynamics
Важность соответствующей сборки миелиновой мембраны подчеркивается мутациями в PMP22, MPZ и PRX, все они участвуют в сборке миелина, и в GJB1, который важен для не компактной структуры миелина. Экспрессия гена миелина регулируется частично с помощью транскрипционного фактора EGR2, мутации которого ассоциированы с врожденной гипомиелинизирующей невропатией, и CMT1D [36, 68], и с помощью SOX10, мутации в которых ассоциированы с несколькими синдромами, включая PCWH (peripheral demyelinating neuropathy, central dysmyelination, Waardenburg syndrome, и Hirschsprung disease) [69, 70].
Увеличение поверхности мембраны, которое происходит во время образования миелина и сильно поляризованной структуры Шванновских клеток, подтверждает, что сборка мембраны, транспорт и поддержание являются критическими для собственно функции Шванновских клеток [71]. Соотв. мутации в генах, кодирующих белки, участвующие в эндоцитотическом рециклинге (SH3TC2) [72], доставке частей мембран (MTMR2, MTMR13/SBF2, FIG4 и NDRG1) и ремоделировании цитоскелета (FGD4) , ассоциируют с демиелинизирующими CMT [71]. Мутации в dynamin 2 (DNM2) приводят к дефектам обеспечиваемого клатрином эндоцитоза, при этом соотв. нарушаются уровни поверхностных белков в Шванновских клетках и нарушается миелинизация [73].
Axonal dysfunction in CMT
Спинальные двигательные нейроны и сенсорные нейроны дорсальных ганглиев корешков, которые повреждаются при CMT, имеют особые задачи поддержания гомеостаза, как только их аксоны удлиняются до 1 m от тела клетки. Поскольку большинство нейрональных белков синтезируется в теле клетки, то интенсивный транспорт белков происходит между телом и концами аксонов, за счет антероградного транспорта [71, 74]. В самом деле аксональный транспорт возникает в качестве общей темы для разных, по-видимому, отличающихся генов, которые ассоциируют с CMT типа 2.
Среди наиболее динамичных органелл, функционально зависимых от собственно аксонального транспорта, находятся митохондрии. Mfn2, как было установлено, непосредственно участвует в и необходим для транспорта митохондрий в аксонах благодаря взаимодействию с членами молекулярных комплексов, которые сцепляют митохондрии с кинезиновыми моторами, отличающиеся от тех, что участвуют в слиянии митохондрий [42]. Мутации в TRPV4, который кодируют катионовый канал, обеспечивающий приток кальция, приводят к токсической внутриклеточной гиперкальцемии [75] и возможно нарушают подвижность митохондрий [74].
Ретроградный аксональный транспорт повреждается мутациями в DYNC1H1, кодирующим молекулярный мотор цитоплазматическую dynein heavy chain 1 [50], и было предположено, что нарушение передачи ретроградных трофических сигналов nerve growth factor (NGF) и его рецептора tyrosine kinase A (TrkA) приводят к нейропатии у мутантов Rab7 [76]. NEFL мутации нарушают сборку нейрофиламент и транспорт и, по-видимому, мешают динамике митохондрий [74], а усиление стабильности сети микротрубочек может лежать в основе патогенеза при мутациях в HSPB1 за счет нарушения эффективности транспорта белков, пузырьков и органелл вдоль высоко поляризованных нейронов [77].
Др. группа генов, которая будучи мутантной, вызывает аномальное распределение в аксонах своих кодируемых белков это aminoacyl-tRNA synthetases (ARS). Мутации в GARS (CMT2D) [78], YARS (CMTDIC) [79], AARS (CMT2N) [80], KARS (CMTRIB) [81] и как установлено недавно в MARS [82] были описаны у пациентов с аксональной и промежуточной формой CMT. Молекулярная физиология их остается невыясненной, хотя некоторые механизмы предположены, включая эффекты потери функции, такие как нарушение синтеза ключевых аксональных белков и нарушение локализации ARS энзимов в аксонах; и доминантные негативные эффекты, приводящие к последующей нейротоксичности [83].
Diagnostic testing
The evolving algorithms for CMT testing
Хотя обнаружено свыше 40 генов, ассоциированных с CMT, мутации только 4 генов (PMP22 duplication/deletion, GJB1, MPZ и MFN2) объясняют свыше 90% случаев CMT, которые были диагностированы с помощью молекулярных тестов в Зап. странах [16, 17]. Стратегии диагностического тестирования предприняты, чтобы объяснить частоты подтипов, фенотип и электро-физиологические характеристики и паттерн наследования. Это может быть весьма спорным, поскольку один и тот же ген может участвовать в демиелинизирующей, аксональной и промежуточной формах и может обнаруживать аутосомно доминантное или рецессивное наследование в зависимости от природы и позиции мутации [71]. Более того, доминантные формы CMT объясняют до 90% в Зап. странах, тогда как рецессивные формы могут объяснить до 30-50% случаев CMT в странах Средиземноморья и Ближнего Востока из-за высокого уровня родственных браков [84]. Наконец, отсутствуют чёткие фенотип-генотип корреляции и лишь немногие подтипы имеют специфические клинические проявления, позволяющие направлять на молекулярное тестирование (see Table 2).
Стратегии фокусирующего генетического тестирования были внедрены с 2001, при этом несколько групп предложили алгоритмы, приводящие с помощью MNCV результаты и паттерны наследования [2, 3], а также возраст начала симптомов [17]. Эти алгоритмы базируются на тщательном фенокопировании и последовательном Sanger секвенировании генов кандидатов и было разработано более надежное и точное тестирование в 2009 [85], в соотв. с рекомендациями опубликованных тестов. Хотя этот подход довольно успешен, причем свыше 60% пациентов с CMT получили генетический диагноз, он всё-таки недостаточно эффективен, быстр или дешевый метод постановки молекулярного диагноза. Фактически диагностические подходы сдвигаются к введению быстро развивающейся техники next-generation sequencing (NGS), т.к. цена этих подходов ниже, чем серийное скринирование генов кандидатов [7, 86].
Phenotype-specific NGS panels
Rossor et al. приспособили свой алгоритм к включению NGS, при двух предварительных условиях. Во-первых, т.к. PMP22 дупликации объясняют ~70% CMT1 у пациентов, то рекомендуется инициальный тест у пациента с типичным фенотипическим и электиро-физиологическим проявлением CMT1A , тест на дупликацию в хромосоме 17p с помощью обычных методов [а именно, multiplex ligation probe amplification (MLPA)]. Во-вторых, мужчинам, обнаруживающие признаки split-hand синдрома (abductor pollicis brevis being более изношен и слаб, чем first dorsal interosseus) и участки MNCVs, указывающие на X-сцепленный CMT, связанный с GJB1, рекомендуется целенаправленное Sanger секвенирование GJB1. Однако, помимо этих двух исключений, Rossor et al. рекомендуют фенотип-специфические CMT панели в соответствии с электрофизиологией (т.e. CMT1-plus intermediate, CMT2-plus intermediate, HMN и HSN панели), если они негативны, то рекомендуется исследование всего экзома или всего генома [7].
Whole-exome or whole-genome sequencing in CMT
Хотя использование секвенирования всего экзома или всего генома в клинических диагностических лаб. наталкивается на инициальные затруднения относительно адекватного экзонного покрытия и глубинного прочтения, диагностическое использование обоих секвенирований для детекции случаев CMT у негативных по дупликации 17p пациентов упрочилось. Посредством секвенирования всего генома Lupski et al. идентифицировали две компаундные гетерозиготные мутации в гене SH3TC2 в семье с аутосомно рецессивным CMT [87, 88]. В более недавнем исследовании, Choi et al. осуществили экзомное секвенирование у 25 неродственных пациентов с CMT, которые предварительно были скринированы на дупликацию/делецию 17p12 и несколько главных CMT генов, и идентифицировали 8 причинные гетерозиготные мутации. Такой высокий процент 32% детекции оказался выше, чем ожидалось, т.к. все пациенты в их исследовании предварительно подвергались целенаправленному генетическому тестированию [89].
Ожидаемое технологическое развитие привело к лучшей репрезентации последовательностей, оптимизированным процедурам фильтрации и становлению хранилищ кодируемых вариантов, идентифицированных у CMT пациентов [71]. Вклад CNV не следует упускать и экстраполяция этой информации с данных всего экзома/генома сегодня является главным фокусом технологических и биоинформационный улучшений в этой области.
По сравнению с фенотип-специфическими NGS панелями, которые д. регулярно пересматриваться, чтобы включать вновь открытые гены, преимущество секвенирования всего экзома и всего генома заключаются в способности учитывать данные, как только идентифицируются новые гены кандидаты. Др. преимуществом является способность одновременно обнаруживать мутации в разных генах, это особенно важно в случаях с атипичным или сложным фенотипическим проявлением. Интересно, что описаны некоторые пациенты с мутациями в более, чем одном CMT гене; Saporta et al. описали 11 таких индивидов в своей когорте, что составило 1.4% от всех пациентов, но не все пациенты были проверены на все CMT гены [17], и конкурентные мутации в GDAP1 и MFN2, обе участвующие в динамике митохондрий, как полагают куммулируют или модифицируют эффект этих генов у пациентов с CMT [90, 91]. В связи с выше изложенным и быстрым снижением цены секвенирования всего генома (WES), мы полагаем, что диагностический алгоритм, в котором будет учитываться WES, будет a second-tier скорее, чем third-tier тестом(Fig. 2).
Figure 2. Proposed diagnostic algorithm. As the cost of next-generation sequencing technology drops below that of targeted and sequential candidate gene sequencing, we suggest to consider whole exome sequencing as a second tier test after the common 17p duplication in CMT1 patients and perhaps MFN2 in CMT2 patients. Patients with distinctive phenotypic presentations would still merit targeted gene sequencing. The challenge will be upon analysis of WES results, to correlate variants of uncertain significance with age of onset, mode of inheritance, and electrophysiology in order to determine whether they indeed underlie the phenotype.
В дополнение к множественным мутациям в CMT генах в одной родословной или даже у одного и того же индивида, могут также сосуществовать наследственные и воспалительные (ненаследственные) невропатии. Важно учитывать атипическое проявление, когда фенотип кажется чрезвычайно тяжелым по сравнению с описаниями в литературе идентифицированных CMT подтипов. Клиническое значение этого безмерно, т.к. лечение иммуномодуляторами в таких случаях может улучшить результат [92-94]. Интересно, что анти-PMP22 ауто-антитела были обнаружены в сыворотке пациентов с разными типами периферических нейропатий, хотя их роль в патогенезе этих болезней не установлена [95].
Ethical considerations of genetic testing in CMT
Обсуждение новых успехов в области генетической диагностики будет неполным без рассмотрения этического значения секвенирования полного экзома и полного генома. Оба варианта получения ненужных данных и непредвиденных находок вызывают сомнения, связанные с этими технологиями, и важность информационного просвящения семей для постановки генетического диагноза занижена [7]. Nevertheless, while some individuals perceive such incidental findings as information not sought and not wanted, others perceive these as potential medical opportunities to intervene early. Genetic testing can only identify variants in a personal genome and potential susceptibilities that need to be contextualized by the patient's practicing physician whom is caring for them.
Therapeutic directions
Хотя значительные знания были накоплены за последние 25 лет в отношении понимания биологических механизмов и путей, лежащих в основе наследственных невропатий, лечение любого данного подтипа CMT в основном вспомогательное, нацеленное на улучшение функциональности и качества жизни. Физическое лечение, трудотерапия, и немногие ортопедические процедуры остаются основой лечения CMT [9].
Normalization of gene dosage
Некоторые терапевтические вмешательства нацелены на уровни экспрессии PMP22 в попытке нормализовать дозу гена и тем самым предупредить демиелинизацию. Лечение аскорбиновой кислотой (витамин C),как было установлено, снижает экспрессию PMP22 у мышей, моделирующих CMT1A, приводя к существенному улучшению фенотипа [96, 97]. К сожалению, некоторые рандомизированные контролируемые испытания на людях оказались не в состоянии подтвердить какой-либо положительный эффект у пациентов с CMT [98-101].
Стероидные гормоны являются эпигенетическими регуляторами экспрессии генов и прогестерон может стимулировать экспрессию PMP22 в культивируемых Шванновских клетках. Onapristone, антагонист прогестерона, как было установлено, снижает экспрессию PMP22 у трансгенных крыс, приводя к клиническому и нейропатологическому улучшению [102, 103]. Однако, доступный антагонист прогестерона не обладает соотв. профилем надежности при использовании у людей и были предприняты попытки идентифицировать биоэквивалентные соединения, которые могли бы использоваться в клинических испытаниях [9]. Сегодня новые антагонисты прогестерона, а также анти-смысловые олигонуклеотиды были тестированы на CMT крысах (M. Sereda, personal communication).
Reduction of neurotoxic aggregates/misfolded proteins
Некоторые мутанты по гену миелина, которые вызывают тяжелые нейропатии, такие как те, что в случае генов MPZ и PMP22, участвуют в накоплении аберрантных белков в ER приводя к апоптозу Шванновских клеток. Curcumin стимулирует транслокацию таких неправильно упакованных белков из ER в плазматические мембраны, тем самым освобождая ER от стресса и, как было установлено, частично смягчает тяжелый клинический и нейропатологический фенотип у CMT1A и CMT1B мышиных моделей [104-106].
Targeting transport defects
HDAC6 (histone deacetylase 6) деацетилирует микротрубочки и играет критическую роль в регуляции аксонального транспорта. Ингибиторы HDAC6, как было установлено, корректируют дефекты аксонального транспорта у трансгенных модельных мышей, экспрессирующих точечные мутации в гене HSPB1 [107]. Эти находки открывают новые перспективы для потенциальной терапии CMT и возможно др. нейродегенеративных нарушений, характеризующихся дефектами аксонального транспорта [107, 108].
Neurotrophic support
Ростовой фактор neurotrophin 3 способствует регенерации нервов после повреждений и выживанию Шванновских клеток. Соотв., инъекции рекомбинантного neurotrophin 3 улучшали регенерацию нервов и ремиелинизование у животных моделей [109]. Пилотное исследование на 8 пациентах с CMT1A привело к увеличению плотности миелинизированных волокон, снижению нейрологических повреждений и к улучшению модальности ощущений по сравнению с контролем плацебо [110], готовится крупное рандомизированное контролируемое испытание. Дополнительное пре-клиническое исследование продемонстрировало эффективность adenoassociated virus (AAV)-обеспечиваемой терапии геном neurotrophin 3 в мышиных моделях CMT1A [111].
В будущем клеточные линии, происходящие от пациентов в комбинации с высоко производительным скринированием библиотеки лекарств, содержащей тысячи соединений может позволить идентифицировать соединения, способные корректировать определенные связанные с болезнью клеточные фенотипы, которые затем могут быть протестированы на животных [9]. Предполагается, что не только идентификация мутантных генов, но и будут установлены также последствия специфических мутаций на свойства белка и популяцию нейронов, которые окажутся критическими для индивидуального лечения
[112].
Conclusion
Just as the past two decades have witnessed a surge in gene discovery and molecular diagnosis of CMT subtypes, we anticipate that this knowledge will lead to innovative therapeutic directions in the upcoming years. Beyond directing genetic counseling and prognosis in the specific patient, accurate genotyping of individuals with CMT will allow gene/pathway-specific clinical trials and, ultimately, individualization of therapy according to the underlying molecular defect.
|