Умственная отсталость (УО) регистрируется у 2-3% детей [7]. Ее причины гетерогенны и включают генетические аномалии, пре- (внутриматочные инфекции, алкогольная интоксикация и др.), пери- (недоношенность, гипоксия, родовая травма) и постнатальные (травма головного мозга, внутричерепные инфекции) факторы. Лишь у небольшого числа пациентов клинические признаки позволяют предположить известную моногенную патологию, числовые или структурные аномалии хромосом. В этих случаях генетическая диагностика заключается в поиске известных мутаций в генах-кандидатах или проведении хромосомного анализа. Для пациентов с недифференцированной формой УО стандартное кариотипирование или субтеломерный FISH-анализ до недавнего времени также являлись первым этапом специального исследования при постановке диагноза. Однако в последнее время классические методы анализа генома активно дополняются современным высокоразрешающим молекулярно-цитогенетическим исследованием, таким как матричная сравнительная геномная гибридизация (array CGH). Данный метод позволяет одновременно анализировать весь геном на предмет числовых и несбалансированных структурных аберраций хромосом при разрешении до нескольких тысяч пар нуклеотидов в ходе одной реакции гибридизации.

Array CGH выявляет геномную вариабельность в виде вариаций числа повторов ДНК (Copy Number Variation, CNV), делеций, дупликаций, а также числовых хромосомных нарушений (анеуплоидия). В зависимости от метода определения и используемых микрочипов CNV составляют до 12% от всего генома человека [5]. Вариации числа повторов могут наследоваться от родителей либо возникать de novo в любом участке генома, их размер может быть сравнительно небольшим - от нескольких сотен тысяч пар оснований. Более 41% CNV перекрываются с известными генами, что указывает на их возможную роль в регуляции экспрессии через эффект дозы или положения [3]. Пока не известно точное число наследственных заболеваний, обусловленных CNV, однако очевидно, что их количество может быть значительным. Показано, что CNV лежат в основе 14-18% случаев УО неясной этиологии [1]. Так, к настоящему времени описано 211 микроделеционных и 79 микродупликационных синдромов с вовлечением 267 геномных локусов [8].

Цель работы - идентификация микроструктурных хромосомных аберраций и геномных вариаций у детей с недифференцированными формами УО.

В случаях, когда в ходе молекулярно-цитогенетических исследований были выявлены микроделеции или микродупликации хромосомных регионов, ассоциированные с некоторыми редкими наследственными заболеваниями или хромосомными синдромами, сопровождающимися УО, но не диагностируемыми на практике на основании только клинической картины, особое внимание было уделено анализу генного состава хромосомной перестройки для идентификации генов-кандидатов, дисбаланс по числу дозы которых может иметь отношение к патогенезу интеллектуальных нарушений.

Был обследован 71 ребенок в возрасте от 3 до 16 лет: 10 детей в возрасте до 5 лет с задержкой интеллектуального развития и 61 ребенок в возрасте старше 5 лет с идиопатической УО (IQ<70).

Сбор клинического материала осуществляли на базе генетической клиники Научно-исследовательского института медицинской генетики Сибирского отделения РАМН с 2009 г. согласно стандартизованным критериям, разработанным в ходе реализации международного научно-исследовательского проекта 7-й Рамочной программы Европейского союза «Улучшение диагностики умственной отсталости у детей из стран Центральной и Восточной Европы и Центральной Азии через генетическую характеристику, биоинформатику и статистику». Проведение исследования было одобрено Комитетом по биомедицинской этике указанного института. Информированное согласие от родителей пробандов получено во всех случаях.

У всех пациентов исключались крупные хромосомные перестройки, биохимические дефекты и некоторые известные моногенные наследственные синдромы, проявляющиеся нарушениями интеллектуального развития (Мартина-Белл, Прадера-Вилли, Энгельмана). Большинство детей дополнительно имели различные фенотипические особенности.

Из лимфоцитов периферической крови пациентов выделяли ДНК экстракцией смесью фенола и хлороформа. Поиск хромосомных аберраций осуществляли с помощью микрочипов Human Genome CGH Microarray Kits 4×44K и 8×60K («Agilent Technologies», США). Матричную сравнительную геномную гибридизацию проводили согласно рекомендациям производителя микрочипов [9]. Контрольную и геномную ДНК метили двумя разными флюорохромами. Далее обе меченые ДНК одновременно конкурентно гибридизовали на одном чипе. Спустя 24 ч гибридизации во вращающейся камере при 65 °С микрочипы отмывали в фирменных буферах производителя и сканировали с помощью Agilent Microarray Scanner («Agilent Technologies», США). Результаты сканирования были получены с помощью программ Scan (v. 9.1.1.1), Feature Extraction (v. 10.7.3.1) и визуализированы в программе Cytogenomics (v. 2.0.6.0) («Agilent Technologies», США). Фильтрацию доброкачественных CNV проводили с использованием базы данных геномных вариантов [10]. Для каждого патогенетически значимого хромосомного региона с использованием базы данных Gene [11] были определены гены-кандидаты, имеющие отношение к развитию и функционированию нервной системы (см. таблицу).

CNV патогенные, вероятно патогенные или с неясной клинической значимостью были выявлены у 23 (32%) пациентов. У остальных 48 (68%) детей был установлен сбалансированный хромосомный набор или полиморфные, доброкачественные CNV. Для 9 пациентов из 23 были выявлены новые, ранее не описанные в литературе аберрации, тогда как у 14 (20% от всех обследованных пациентов) - перестройки перекрывались с регионами известных заболеваний, сопровождающихся УО, а следовательно, могли иметь отношение к патогенезу нарушений интеллектуального развития, очерчивая круг генов-кандидатов при том или ином синдроме. Анализу 14 таких клинических случаев посвящена настоящая статья. Каждый из них кратко описывается ниже.

Пациент 1. Мальчик, 6 лет. IQ ребенка составил 57. Во время осмотра фенотипических особенностей у мальчика не выявлено. Речь развита плохо. Зарегистрирован синдром дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ). При проведении магнитно-резонансной томографии (МРТ) отмечены признаки деликатной микроангиопатии, минимальные нарушения ликвородинамики по открытому типу, неконфликтная ретроцеребеллярная киста. С помощью array CGH обнаружена микроделеция 11р13. Данная область расположена рядом с локусом WAGR синдрома (Wilms tumor, Aniridia, Genitourinary abnormalities, mental Retardation - опухоль Вильмса, аниридия, аномалии мочеполового тракта, умственная отсталость) (здесь и далее номер заболевания в онлайн-версии каталога наследственных болезней «Менделевское наследование у человека» [12], MIM 194072) и содержит следующие гены-кандидаты: SLC1A2, FJX1, TRIM44, LDLRAD3, COMMD9 (см. таблицу).

Пациент 2. Мальчик, 3 года. При осмотре выявлены фенотипические особенности: «лицо купидона»; густые, грубые, вьющиеся волосы. Ребенок произносит отдельные звуки. Характерны агрессия, аутоагрессия и признаки синдрома дефицита внимания с гиперактивностью. На МРТ были выявлены микроангиопатии, минимальные нарушения ликвородинамики по открытому типу. Микрочиповый анализ показал микроделецию 11p15.4, в области которой расположен ген SBF2. Рецессивные мутации в данном гене обнаружены при болезни Шарко-Мари-Тус, тип 4B (MIM 604563) - демиелинизирующей наследственной сенсомоторной невропатии, характеризующейся аномальным формированием миелиновых оболочек и часто сочетающейся с глаукомой.

Пациент 3. Мальчик, 8 лет. IQ ребенка равен 45. В ходе осмотра выявлены фенотипические особенности: голубые склеры; большие уши; широкая переносица; маленький рот; большие зубы; клинодактилия V пальца кисти; плоскостопие; гипертелоризм сосков; на разгибательной поверхности кожи верхней части рук и щеках - бугорки, схожие с прыщами, цвет их более темный, чем окружающая кожа, напоминают волосяной нарост (keratosis pilaris). Дизартрия. Обнаружены признаки аутизма, агрессия и СДВГ. На МРТ патологии не выявлено. Метод array CGH установил микродупликацию 18р11.32 размером 351 кб. Ранее показано, что короткое плечо 18 хромосомы является кандидатной областью, в которой может располагаться ген кожного заболевания keratosis pilaris (MIM 604093). Кроме того, установлено, что субсегмент 18р11.32 ассоциирован с шизофренией [5].

Пациент 4. Мальчик, 5 лет. IQ ребенка - 62. В процессе осмотра установлены фенотипические особенности: башенный череп, выраженные лобные и теменные бугры; монголоидный разрез глаз, эпикант; деформированные ушные раковины; широкая переносица; асимметричное лицо; маленький рот, микрогнатия, односторонняя расщелина верхней губы и неба справа; короткая шея, крыловидные складки; камптодактилия, гипоплазия и клинодактилия V пальца кисти, поперечная ладонная борозда, локтевая девиация; арахнодактилия стоп; крипторхизм слева, пахово-мошоночная грыжа справа, фимоз; грудная клетка уплощена в переднезаднем направлении, сколиоз; кожа бледная с выраженным сосудистым рисунком. Офтальмологическое обследование выявило флебопатию сетчатки. Речь развита плохо. Клиническая картина СДВГ. ЭКГ показала неполную блокаду правой ножки пучка Гиса, ритм синусовый 95 уд/мин. При МРТ отмечены признаки минимальной ликворной гипертензии, перенесенного повреждения паутинной оболочки задней черепной ямки воспалительного характера. Микрочиповый анализ установил микроделецию 22q11.21, включающую гены-кандидаты PRODH, COMT, TBX1, NOGO. Данная область ассоциирована с шизофренией и перекрывается с локусом 22q11.2 микродупликационного синдрома (велокардиофациальный синдром, Ди Джорджи) (MIM 608363, 192430, 188400), который характеризуется нарушением развития паращитовидных желез, аплазией тимуса, врожденными аномалиями крупных сосудов и сердца, лицевыми аномалиями, интеллектуальными расстройствами и подверженностью инфекционным заболеваниям.

Пациент 5. Девочка, 8 лет. IQ - 65. Фенотипические особенности минимальные: низко посаженные уши, короткий фильтр, гипертелоризм сосков. Характерны избыточная масса тела, оволосение, пигментация на плечах. Речь невнятная. СДВГ. Микрочиповый анализ показал микродупликацию субсегмента 22q11.22 размером 287 кб, соответствующую области 22q11.2 дистального микроделеционного синдрома (MIM 611867), характеризующегося задержкой развития. Генов-кандидатов в области делеции не найдено.

Микроделеции, соответствующие области 15q24 микроделеционного синдрома (MIM 613406), характеризующегося задержкой нервно-психического развития, выявлены у 2 детей (наблюдения 6 и 7).

Пациент 6. Девочка, 4 года. Фенотипические особенности: брахицефалия, высокий, нависающий лоб; короткие глазные щели; низко расположенные ушные раковины, деформированные, ротированные назад; маленький нос; длинный фильтр, микростомия; диффузное снижение мышечного тонуса, гиперрефлексия. Дис-, эхолалия. Отмечены апатия и признаки аутизма. Согласно МРТ, борозды головного мозга сглажены, серое и белое вещество дифференцируются неотчетливо, подкорковые ядра структурированы неотчетливо, имеет место задержка процессов миелинизации. С помощью array CGH обнаружена микроделеция области 15q24.1-q25.2, которая содержит такие гены-кандидаты, как STRA6, SEMA7A, MADD, RPP25, SCAMP5.

Пациент 7. Мальчик, 12 лет. IQ - 56. Фенотипические особенности: плоский затылок; скошенные глазные щели, эпикант, гипертелоризм; макротия, околоушные выросты; широкая переносица; полные губы; короткий фильтр, большой рот, готическое небо; поперечная ладонная складка, искривление обоих V пальцев; сандалевидная щель; аплазия правой почки. При офтальмологическом обследовании обнаружены сложный близорукий астигматизм обоих глаз и ангиопатия сетчатки с преобладанием спазма. Аудиологическое обследование показало двустороннюю смешанную тугоухость II степени. Характерны ожирение I степени, сенсомоторная дисфазия, стереотипные движения, атаксия, признаки аутизма. По данным МРТ наблюдается картина распространенной дилатации боковых желудочков умеренной степени, без полной окклюзии, с явлением повреждения паутинной оболочки задней черепной ямки. С помощью микрочипового анализа выявлены микроделеции 15q11.1-q11.2, 15q24.1-q24.2 и 15q24.2. Сегмент 15q24 несет две разные по размеру пересекающиеся микроделеции, содержащие общие гены-кандидаты RPP25 и SCAMP5. Кроме того, большая по размеру аберрация дополнительно включает гены-кандидаты STRA6, SEMA7A. Другая делеция 15q11.1-q11.2 расположена рядом с критической областью, в которой происходит разрыв при делеции при синдромах Прадера-Вилли-Энгельмана (MIM 176270/MIM 105830), однако ее клиническая значимость в настоящее время не ясна, поскольку данный локус не был ассоциирован ни с какими заболеваниями и не содержит гены, потенциально имеющие отношение к функционированию нервной системы.

Различные фенотипические особенности пациентов 6 и 7 могут быть связаны с гомозиготизацией микроделеции 15q24 у второго ребенка и возможным модифицирующим эффектом микроделеции 15q11.

Пациент 8. Мальчик, 7 лет. IQ - 50. Фенотипические особенности: деформация черепа; неправильный рост волос, гипертрихоз; голубые склеры, ангиопатия сетчатки; большие оттопыренные уши; гипермобильность суставов; гипертелоризм сосков. Речь отсутствует. Отмечены признаки аутизма. При проведении МРТ выявлены признаки умеренной кортикальной нейродистрофии по типу перенесенной системной гипоксии и ликворная гипертензия по открытому типу. Микрочиповый анализ показал микродупликацию субсегмента 6p22.2, ассоциированного с болезнью Альцгеймера [6] и содержащую единственный кандидатный ген HFE.

Микроделеции, перекрывающиеся с областью 16р11.2-р12.2 микроделеционного/микродупликационного синдрома [7], обнаружены у 3 детей.

Пациент 9. Девочка, 13 лет. IQ - 45. Фенотипические особенности: микроцефалия; микроофтальмия, страбизм, эпикант; выступающая переносица; макрогнатия; неправильный рост зубов; гинекомастия, деформация грудной клетки и правой лопатки, горб; атрофия ягодичных мышц. Дизартрия. Характерны агрессия, признаки аутизма и СДВГ. МРТ без особенностей. Метод array CGH выявил микроделецию 16p11.2. Данная область содержит гены-кандидаты TBX6, QPRT, PRRT2, DOC2A, SEZ6L2.

Микроделеция в субсегменте 16p11.2, но с другой локализацией, обнаружена еще у 1 пациента (наблюдение 10).

Пациент 10. Мальчик, 14 лет. IQ - 66. В ходе осмотра выявлены следующие фенотипические особенности: плоский затылок; низкая линия роста волос на затылке; дистрофия сетчатки; диспластичные, низко посаженные уши; короткие толстые пальцы рук. Речь односложная, словарный запас ограничен. Область делеции содержит гены ALDOA, QPRT, PRRT2, DOC2A, SEZ6L2.

Несмотря на то что локусы микроделеций пациентов 9 и 10 частично перекрываются и содержат четыре общих гена-кандидата, фенотипически эти дети заметно отличаются, что может быть связано с наличием не пересекающихся в области аберрации генов.

У пациента 11 микрочиповое исследование выявило микроделецию субсегмента 16p12.2, которая также пересекается с локусом 16p11.2-p12.2 микроделеционного синдрома, однако расположена проксимальнее двух делеций, описанных выше. Пациент - девочка, 11 лет. IQ - 30. Фенотипические особенности: антимонголоидный разрез и гипертелоризм глаз; сглаженный противозавиток; широкий нос; полные губы; готическое небо, макроглоссия; диастема между верхними и нижними резцами; короткая шея; поперечная складка ладони, конусовидные пальцы; сандалевидная щель, плоскостопие; гипермобильность суставов, крыловидные лопатки, косой таз, сколиоз; бархатистая кожа с мраморным рисунком. Речь невнятная, односложная. Отмечены агрессия, СДВГ и гиперфагия. Гены-кандидаты в области микроделеции не обнаружены.

Пациент 12. Мальчик, 8 лет. IQ - 50. Фенотипические особенности: микроцефалия; маленькие уши; готическое небо; неправильный рост зубов; абдоминальное ожирение; гипогонадизм. Словарный запас ограничен. Отмечены агрессия и аутоагрессия. С помощью микрочипового исследования выявлена микродупликация 14q11.2. Данный локус ассоциирован с непереносимостью белков и лизинурией (MIM 222700), приводящими к задержке умственного и физического развития, поражению легких, почек, гемофагоцитарному лимфогистиоцитозу, аутоиммунным нарушениям. В установленном регионе расположены гены-кандидаты: SLC7A7 и MMP14.

Пациент 13. Девочка, 17 лет. IQ - 55. При осмотре выявлены фенотипические особенности: монголоидный разрез глаз, гипотелоризм; большой нос; узкое лицо; кифоз, сколиоз; бледная кожа. Речь без особенностей. Характерны агрессия и СДВГ. Метод array CGH обнаружил две делеции на хромосоме 5: 5p15.33-p15.2 (область синдрома кошачьего крика (MIM 123450), содержащая гены-кандидаты - SLC6A19, SDHA, MTRR, NDUFS6) и 5q13.3 (локус содержит ген HEXB, мутации в котором показаны при болезни Сандхоффа (MIM 268800)).

Пациент 14. Девочка, 7 лет. IQ - 60. При осмотре выявлены фенотипические особенности: врожденная гидроцефалия; гипертелоризм; широкие зубы. Речь невнятная. Отмечены конвульсии. При МРТ был выявлен дополнительный 5-й мозговой желудочек и мелкофокальные очаги в коре головного мозга по типу очагов нейродистрофии. Array CGH анализ выявил микроделецию 10q24.32.

В данном локусе расположен ген SUFU, мутации в котором показаны при медулобластоме, проявляющейся гидроцефалией, повышением внутричерепного давления и поражением мозжечка (MIM 155255).

Таким образом, в результате проведенного молекулярно-цитогенетического исследования у 32% пациентов с идиопатической УО выявлены микроструктурные хромосомные аберрации, которые перекрываются с регионами известных наследственных заболеваний или хромосомных синдромов и могут иметь отношение к патогенезу интеллектуальных нарушений. Уровень зарегистрированных в нашей работе клинически значимых CNV в целом сопоставим с частотой (28%), обнаруженной в группе российских пациентов с УО, аутизмом, эпилепсией и пороками развития с использованием array CGH [2]. Знание о том, что геном больного ребенка содержит патогенетически значимую хромосомную перестройку, которая ассоциирована с определенной патологией, позволяет более тщательно обследовать пациента, дать прогноз течения заболевания, возможно, предотвратить или смягчить развитие новых симптомов, а также определить риск рождения других детей с УО в семье, где уже есть больной ребенок.

Работа выполнена при поддержке грантов Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг. (соглашение №8727 и государственный контракт ГК №14.741.11.0379, а также гранта 7-й Рамочной программы Евросоюза «CHERISH» (2009-2012 гг., №223692).