Niepełnosprawność intelektualna (NI) jest jednym z częstszych objawów obserwowanych w zespołach genetycznych. Definiuje się ją jako stan, ujawniający się przed ukończeniem 18 roku życia, w którym sprawność intelektualna jest istotnie niższa od przeciętnej (Tabela I). Towarzyszą temu deficyty w zdolnościach adaptacyjnych takich jak: porozumiewanie się, umiejętność samodzielnego dbania o swoje ciało (w tym samodzielne ubieranie się) i wykonywanie codziennych czynności domowych. Deficyty obejmują także sferę kontaktów interpersonalnych, umiejętności podejmowania decyzji (w tym: dotyczących samostanowienia o sobie), dbania o swoje zdrowie i bezpieczeństwo, radzenia sobie w szkole i/lub w pracy, a także samoorganizowania sobie wypoczynku. Przyczyną wystąpienia NI mogą być zarówno czynniki genetyczne (aberracje chromosomowe lub choroby monogenowe), jak również czynniki środowiskowe (infekcje w okresie prenatalnym, zaniedbania ze strony opiekunów).
Klasyfikacja niepełnosprawności intelektualnej wraz z kodami ICD-10.
Table I. Intellectual disability classification with ICD-10 codes.
Typ niepełnosprawności intelektualnej (NI) |
Iloraz IQ zgodny z klasyfikacją Weschslera |
Kod ICD-10 w klasyfikacji ICD-10 występują jeszcze kody F78 i F79 oznaczające odpowiednio: Inne upośledzenie umysłowe i niepełnosprawność intelektualną, nieokreśloną. |
---|---|---|
NI lekka |
69-55 (10-12 lat) |
F70 |
NI umiarkowana |
54-35 (6-9 lat) |
F71 |
NI znaczna |
34-20 (3-6 lat) |
F72 |
NI głęboka |
<20 (max. 3 r.ż.) |
F73 |
Jedną z częstszych chorób genetycznie uwarunkowanych, w których przebiegu obserwowana jest niepełnosprawność intelektualna jest zespół łamliwego chromosomu X (ang.
Gen
W przypadku pacjentów z niepełnosprawnością intelektualną, badanie molekularne w kierunku zespołu łamliwego chromosomu X i identyfikacji mutacji dynamicznej w genie
Celem pracy jest przedstawienie objawów klinicznych, epidemiologii i podłoża molekularnego zespołu łamliwego chromosomu X i chorób
Gen
Ssacze białko FMRP oraz jego paralogi autosomalne − FXR1P i FXR2P stanowią małą rodzinę białek wiążących cząsteczki RNA. Białka te wykazują wysokie podobieństwo sekwencji aminokwasowej (>60%), zaś geny je kodujące prawdopodobnie powstały wskutek duplikacji jednego genu (tzw. paralogi). Białka z rodziny FMRP zawierają trzy charakterystyczne, homologiczne domeny KH odpowiedzialne za wiązanie i regulację cząsteczek RNA (m.in. mRNA i rRNA). O tym jak istotną rolę pełnią te domeny w aktywności białka świadczy efekt mutacji punktowej p.Ile304Asn, która powoduje zmiany w obrębie drugiej domeny KH. Analiza struktury krystalicznej białka z mutacją wykazała, że jej obecność zakłóca prawidłowe fałdowanie domeny KH, co w konsekwencji zaburza wiązanie cząsteczek RNA przez białko i powoduje utratę jego funkcji [6].
Kolejną charakterystyczną domeną jest kaseta RGG – domena bogata w reszty argininy i glicyny, zlokalizowana w C-końcowej części białka, która wiąże cząsteczki RNA posiadające w swojej budowie charakterystyczną strukturę bogatą w nukleotydy guaninowe [7]. Białko FMRP zawiera również sygnał lokalizacji jądrowej, co sugeruje, że białko zlokalizowane głównie w cytoplazmie może przemieszczać się do jądra komórkowego, dokładny mechanizm i rola białka FMRP w obrębie jądra nie została jednak dobrze scharakteryzowana [8].
Białko FMRP ulega ekspresji głównie w komórkach nerwowych, zwłaszcza tych mających dużą liczbę synaps np. zlokalizowanych w obrębie hipokampu czy móżdżku. Białko stanowi część polirybosomu i jest zaangażowane w proces translacji białek odpowiedzialnych m.in. za plastyczność synaptyczną [9, 10]. Brak odpowiedniej regulacji syntezy specyficznych białek, szczególnie na poziomie synaps, skutkuje zmianami w tym procesie. Prowadzi to do zaburzeń procesów uczenia się i kształtowania pamięci, co jest przyczyną wystąpienia najważniejszych objawów choroby, czyli niepełnosprawności intelektualnej i osłabienia czynności poznawczych [5, 11, 12, 13].
Jak wspomniano wcześniej, za znaczącą większość (>99%) przypadków zespołu łamliwego chromosomu X odpowiedzialna jest mutacja dynamiczna, związana ze zwielokrotnieniem liczby powtórzeń trójnukleotydowych CGG w regionie niekodującym (UTR, ang.
Sekwencja nukleotydowa (CGG)n w genie
Typy alleli genu
Table II. Types of FMR1 gene alleles depending on the number of CGG repeats.
Prawidłowy |
<45 | Prawidłowy |
Brak |
45-54 (tzw. szara strefa) |
Prawidłowy |
Brak, ewentualnie do premutacji |
|
Premutacja |
55-200 | podwyższone ryzyko wystąpienia FXPOI u kobiet i FXTAS u obu płci |
Wysokie, zwiększające się wraz ze wzrostem liczby powtórzeń CGG |
Mutacja |
>200 | Zespół łamliwego chromosomu X - chłopcy i do 50% dziewczynek |
Sekwencja wysoce niestabilna |
Ponadto w przypadku genu
U osób będących nosicielami allelu z zakresu premutacji znacznie częściej dochodzi do ekspansji liczby powtórzeń sekwencji CGG, również do zakresu pełnej mutacji. Do zwiększenia liczby powtórzeń dochodzi najprawdopodobniej w komórkach rozrodczych, w trakcie procesu replikacji materiału genetycznego lub znacznie rzadziej, na początkowych etapach rozwoju zarodka. W przypadku genu
Allele z zakresu premutacji dość powszechnie występują w populacji (1/250-450 chłopców i 1/130-200 dziewczynek). W rodzinach obciążonych zespołem łamliwego chromosomu X częstość występowania premutacji jest wyższa niż pełnej mutacji. U nosicieli premutacji nie stwierdza się hypermetylacji genu
Jak wspomniano wyżej pełną mutację w przypadku FXS stwierdza się przy wystąpieniu ponad 200 powtórzeń CGG. Sytuacja ta powoduje hypermetylację promotora oraz regionu 5’UTR genu
Ekspansja powtórzeń trójnukleotydowych CGG jest odpowiedzialna za wystąpienie >99% przypadków zespołu łamliwego chromosomu X. U 1% pacjentów opisywane są jednak inne zmiany w obrębie genu
Osoby z zespołem łamliwego chromosomu X wykazują szerokie spektrum objawów klinicznych, które w znacznej mierze uzależnione są od płci pacjenta oraz obecności zmian związanych z mutacją dynamiczną w genie
Niepełnosprawności intelektualnej obserwowanej u pacjentów z FXS mogą towarzyszyć również takie objawy jak: opóźnienie rozwoju psychoruchowego, zwłaszcza w zakresie rozwoju mowy oraz zaburzenia zachowania i problemy emocjonalne [23]. U ok. 25-33% chorych stwierdza się zaburzenia ze spektrum autyzmu, które mogą ujawniać się w postaci ograniczonej zdolności do komunikacji ze społeczeństwem (unikanie kontaktu wzrokowego), braku koncentracji, impulsywności, agresji w stosunku do siebie i innych osób (dotyczy to szczególnie mężczyzn), nadpobudliwości, nadwrażliwości na bodźce dotykowe, słabej koordynacji ruchowej, zaburzeń lękowych czy występowania stereotypii ruchowych (np. trzepotanie rękoma czy kołysanie się) [24].
Poza niepełnosprawnością intelektualną i opóźnieniem rozwoju psychoruchowego, u osób z FXS występują także specyficzne cechy dysmorficzne – charakterystyczna jest długa, wąska twarz i odstające uszy. Objawy te występują u około 70% pacjentów i są silniej wyrażone u osób starszych. Za dodatkowe objawy choroby uznaje się także: nadmierną ruchliwość stawów (67% chorych), płaskostopie (71% chorych), wypadanie zastawki mitralnej, a także makroorchidyzm (70% chorych) pojawiający się u chłopców po okresie dojrzewania [25].
Zespół drżenia i ataksji związany z zespołem FXS został opisany po raz pierwszy w 2001 r. u pięciu dziadków, którzy mieli wnuki z potwierdzonymi badaniami molekularnymi zespołem łamliwego chromosomu X [26]. W przeciwieństwie do zespołu FXS bezpośrednią przyczyną wystąpienia objawów FXTAS nie jest brak białka FMRP. Zgodnie z najnowszymi badaniami, wystąpienie choroby związane jest z podwyższoną ekspresją mRNA dla genu
Jak wspomniano wyżej zespół drżenia i ataksji związany z zespołem łamliwego chromosomu X został po raz pierwszy opisany w 2001 przez doktor Randi Hagerman. Jest to choroba neurodegeneracyjna wieku dorosłego (objawy w wieku 50-60 lat). U pacjentów obserwuje się głównie drżenie (u 50% pacjentów jest ono łagodne, a u około 17% umiarkowane), problemy z poruszaniem się nasilające się z wiekiem (57%) oraz postępujący deficyt poznawczy i neuropsychologiczny (np. utrata pamięci, niepokój, chwiejność nastroju czy apatia). Ponadto mogą występować u nich dodatkowe objawy, takie jak neuropatia obwodowa (60%), impotencja (80%), zaburzenia czynności pęcherza moczowego i jelit (30-55%). Jak podają dane literaturowe, ryzyko rozwoju choroby uzależnione jest od wielkości premutacji -u osób posiadających allele zawierające <70 powtórzeń CGG jest ono niższe niż u osób o większej liczbie powtórzeń [24].
Nosicielstwo premutacji w genie
Poza tym wykazano, że u kobiet będących nosicielkami premutacji dysfunkcja jajników zależna jest od liczby powtórzeń CGG, jednak związek ten nie jest liniowy. U kobiet o średniej liczbie powtórzeń CGG (80-100 CGG) FXPOI pojawia się częściej (32%) i wcześniej w stosunku do grup nosicielek o mniejszej niż 80 i większej niż 100 liczbie powtórzeń CGG. Przypuszcza się, że u zdrowych kobiet FMRP może odgrywać rolę w aktywacji pęcherzyków i starzeniu się jajników. U nosicielek premutacji gromadzący się mRNA może wywierać toksyczny efekt na funkcjonowanie komórek jajowych. Teoria ta sprawdzana jest w badaniach prowadzonych na pęcherzykach pobranych z jajników samic myszy z premutacją. Wstępne obserwacje wskazują na wysokie stężenie FMRP w komórkach jajowych podczas folikulogenezy. Być może allele z zakresu średniej premutacji warunkują powstawanie największej ilości mRNA białka FMRP w jajnikach, a tym samym generują największą toksyczność, która zaburza ten proces. Sugeruje się również, że w zależności od liczby powtórzeń CGG mRNA mogą przybierać różne konformację np. spinki do włosów, co może wpływać na oddziaływanie z różnymi białkami i cząsteczkami mRNA [5].
Jak wspomniano wcześniej, częstość występowania zespołu łamliwego chromosomu X szacowana jest na 1/4000 u chłopców i 1/5000-8000 u dziewczynek, co jednak nie jest wartością dokładną. Stąd też w celu jednoznacznej oceny częstości występowania zespołu łamliwego chromosomu X oraz innych chorób
Podobne badanie przesiewowe prowadzone było w Kanadzie, jednak badano nie tylko noworodki, lecz również ich matki, co umożliwiło, poza oceną częstości występowania choroby, analizę stabilności przekazywania alleli o różnej długości. W trakcie badania przeanalizowano próbki DNA od 24449 anonimowych par matka - dziecko. Mutacja dynamiczna u noworodków badana była wtedy, gdy u matki stwierdzono obecność allelu zawierającego powyżej 45 powtórzeń CGG. W ten sposób zidentyfikowano 2 chłopców z pełną mutacją, których matki były nosicielkami alleli zawierających 80 i 100 powtórzeń CGG. Na tej podstawie częstość występowania mutacji u chłopców oszacowano na 1/6078 urodzeń [33]. W Europie tego typu badania przeprowadzono m.in. w Anglii i Walii oraz Hiszpanii szacując średnią częstość występowania zespołu FXS odpowiednio na 1/4425 i 1/2633-2466 chłopców [34].
Dzięki badaniom epidemiologicznym udało się także określić częstość występowania premutacji (obecność alleli o 55-200 powtórzeniach CGG, osoby, które posiadają allele w tym zakresie są nosicielami) w populacji ogólnej, która wynosi 1/130-200 u kobiet oraz 1/250-450 u mężczyzn. Obecność premutacji w genie
Wczesne rozpoznanie choroby jest kluczowe dla podjęcia odpowiedniego leczenia objawowego i rehabilitacji. Umożliwia także objęcie rodziny chorego dziecka właściwą opieka medyczną, w tym poradnictwem genetycznym. Coraz częściej podejmowane są próby opracowania skutecznej terapii, która miałaby zminimalizować skutki niedoboru białka FMRP w komórkach nerwowych, a tym samym złagodzić objawy kliniczne u pacjentów. W profilaktyce problemów z płodnością ważna jest identyfikacja pacjentek z zespołem przedwczesnego wygasania funkcji jajników związanego z zespołem łamliwego chromosomu X, gdyż obecność premutacji w genie
Warto wspomnieć, że diagnostyka w kierunku zespołu łamliwego chromosomu X jest jednym z częściej zlecanych badań diagnostycznych nie tylko u dzieci z NI, lecz również u pacjentów z opóźnieniem rozwoju psychoruchowego, opóźnionym rozwojem mowy czy zaburzeniami zachowania, w tym zaburzeniami ze spektrum autyzmu. Zdarzają się pacjenci, u których zostaje potwierdzone rozpoznanie tego zespołu, jeszcze przed rozwinięciem pełnego obrazu klinicznego choroby. Szczególnie istotne jest przeprowadzenie badania w rodzinach, w których niepełnosprawność intelektualna występuje głównie u mężczyzn, w kilku pokoleniach, co wskazuje na defekt genetyczny dziedziczący się w sposób sprzężony z płcią (z chromosomem X). Wykluczenie zespołu FXS powinno być wstępem do poszukiwania defektów w innych genach zlokalizowanych na chromosomie X, których mutacje punktowe lub delecje/duplikacje mogą być przyczyną wystąpienia NI. Tego typu badania, wykorzystujące analizę sprzężeń, sekwencjonowanie metodą Sangera, technikę MLPA czy wreszcie techniki wysokoprzepustowe takie jak porównawcza hybrydyzacja genomowa do mikromacierzy czy sekwencjonowanie następne generacji są również prowadzone w Zakładzie Genetyki Medycznej Instytutu Matki i Dziecka. Badania wykonywane są m.in. w ramach projektów badawczych finansowanych ze źródeł zewnętrznych i umożliwiły identyfikację defektu molekularnego oraz określenie ryzyka ponownego wystąpienia choroby w kilkudziesięciu rodzinach [37, 38, 39].