Генетические механизмы эпилепсии
Игорь ЛАЛАЯНЦ
"Выдающейся болезнью", "падучей" или, как назвали ее греки, эпилепсией страдали Александр Македонский и Цезарь, Петр I и Наполеон. Как известно, помимо психотерапевтического метода для лечения этого заболевания врачи используют медикаментозный и даже нейрохирургический, но вместе с тем приходится признать, что надежных средств против этого недуга нет. Патогенез таких состояний, как говорят генетики, полиморфичен.
С подобным положением дел современная медицина сталкивается постоянно. Довольно быстро выяснилось, что генетика инсулин-независимого диабета коренным образом отличается от диабета I типа, к возникновению опухолей могут вести мутации около тысячи генов, которые уже известны сегодня, но никто не сможет дать гарантии, что в конце концов речь не будет идти о десятке тысяч.
К этому необходимо прибавить "многоликость" самого гена. В эмбриональном состоянии какой-то ген может выполнять морфогенетическую функцию, определяя развитие позвоночника или органа, а во взрослом состоянии тот же ген выступает как ген-протектор, защищая клетки от опухолевой трансформации и организм от рака. Вот почему сегодня так затруднено исследование и понимание истинных причин развития того или иного заболевания, или истинного патогенеза: патологию мы видим, а генов в ее основе не знаем. И вряд ли истинный патогенез станет ясным до завершения программы полного прочтения генома человека, которое ожидается в начале XXI века. Но что-то мы все же знаем и сегодня.
Нервная клетка, как и любая другая, не в состоянии поддерживать жизнедеятельность без белковых ферментов, молекулы которых могут располагаться в мембранной оболочке и цитоплазме, соединяя между собой различные части клеточной структуры. Особое внимание в настоящее время уделяется мембранным рецепторам и подмембранным ферментным комплексам.
Подавление активности "болевых" нейронов осуществляется через блокирование поступления ионов кальция в клетку и калия из клетки. Это достигается посредством ионных каналов - белков мембраны, имеющих отверстие - "пору", через которое осуществляется проведение ионов. Между рецептором и каналом имеется связь в виде так называемых G-белков.
Они называются так потому, что получают энергию за счет расщепления гуанозин-трифосфата (ГТФ), благодаря чему могут регулировать ферментные системы, ответственные за работу тех же каналов, а следовательно, и возбуждение нейронов. Одним из таких ферментов является фосфолипаза С - PLC. Корейским ученым из Пусанского университета удалось выключить у мыши ген бета-субъединицы PLC, в результате чего нарушились связь рецепторов с их клеточными "мишенями" и нормальная передача сигналов в нейроне.
Решение выключить именно бета-субъединицу было связано с тем, что нейрохимики давно обратили внимание на ее активность в коре головного мозга и особенно в гиппокампе, или извилине морского конька на основании полушария, который довольно часто затрагивается морфологически и функционально при эпилепсии различного генеза. В гиппокампе бета-субъединица связана с рецепторами такого активного передатчика, как ацетилхолин, а в мозжечке - с рецепторами глютамата (глютаминовой аминокислоты), также мощного активатора нейронов.
У мышей с выключенным геном PLC отмечается гибель мотонейронов, что ведет к атаксии. Мыши отстают в росте, умирают на 3-й неделе после рождения на фоне эпилептического статуса: гипервозбуждение в гиппокампе за счет гибели "сдерживающих" нейронов, содержащих соматостатин (нейрогормон, регулирующий процессы роста); повторяющиеся судороги всего тела (тоно-клонические). Данная картина очень напоминает экспериментальные судороги, вызванные эпилептогенами.
Таким образом, выключение гена фермента, ответственного в нейронах за расщепление жиров, что крайне необходимо для обеспечения нервных клеток энергией, приводит к самым плачевным результатам вследствие прерывания стимулирующего ацетилхолинового сигнала. Заканчивается это летальным исходом.
Велика роль и рецептора серотонина - "вещества хорошего настроения" в нашем мозгу (считается, что депрессивные и навязчивые состояния вызываются именно его недостатком). Он также связан с G-белком и PLC, стимулируя через них нейрон. Ранее было показано, что мутанты по рецептору серотонина страдают от эпилепсии. Но подобные исследования по своей точности не идут ни в какое сравнение с опытами, в которых удается выключить интересующий ген.
Оказалось, что ген рецептора серотонина по-разному отдает команды на синтез данного белка. Ученые университета Вандербилта в Нэшвиле (штат Теннеси, США) выделили из подкорковых ядер крыс, управляющих движением, ДНК рецептора. В одной из внутриклеточных петель рецепторного белка имеется тройка аминокислот валин-серинвалин, наличие которых очень важно для функционирования рецептора.
Если аминокислоты в этом месте заменяются на другие, например в результате мутаций, то эффективность взаимодействия рецептора с его G-белком может уменьшаться в 10-15 раз, что приводит к развитию эпилептогенного статуса. Причем замена данных аминокислот может происходить на уровне не гена (ДНК), а его РНК-овой копии. Это новый механизм возникновения эпилепсии на генетическом уровне. Данный результат подтверждается гибелью мышей с выключенным геном рецептора серотонина, а также действием антагонистов данного рецептора.
В 1991 г. было сделано открытие совершенно нового механизма возникновения генетических заболеваний. Речь идет об "экспансии" трехбуквенных повторов нуклеотидов в ДНК, о наследственной умственной отсталости, связанной с так называемой фрагментарной Х-хромосомой. Это женская "половая" хромосома, на конце которой по не совсем ясным причинам начинает увеличиваться число повторов "букв" ген-кода: CAG, CTG, CGG и CCG. В норме таких троек не должно быть больше 30-35, но в ряде случаев их число "зашкаливает" за сотню, а то и полторы. И тогда кончик Х-хромосомы отламывается, то есть она фрагментируется.
Сейчас уже насчитывается более десятка генетических заболеваний, связанных с этим удивительным явлением. В 1996 г. было открыто, что при атаксии Фридриха увеличивается число троек GAA. Атаксию можно считать более близким "родственником" эпилепсии, что и оказалось на самом деле, поскольку сходный механизм был открыт и при миоклонической эпилепсии (по типу Унферрихта - Лундборга). Это редкое аутосомальное заболевание, его ген расположен не в половой хромосоме. Интересно, что он локализуется в знаменитой 21-й хромосоме, там же, где и ген синдрома Дауна и болезни Альцгеймера. Ген эпилепсии в данном случае кодирует ингибитор фермента протеиназы - цистатин В, который снижен и в лимфобластоидных клетках при "неполадках" белой крови.
Более детальный анализ гена у пациентов выявил огромную инсерцию (вставку) в 600-900 "букв" генетического кода - нуклеотидов, которая представляла собой многочисленные повторы, но не троек, а додекамеров, или 12-членов CCCCGCCCCGCG! Эти повторы блокировали не синтез белка, а регуляторную часть гена.
Это открытие было сделано в лаборатории генетики человека Женевского университета. Преимуществом работы швейцарских ученых является то, что новый механизм возникновения эпилепсии открыт не в эксперименте на лабораторных животных, а в двух семьях пациентов.
Конечно, врачам чаще всего приходится сталкиваться с посттравматической эпилепсией, а также заболеваниями, вызванными органическим поражением того или иного участка мозга. Тут уж не до относительно редко встречающихся генетических нарушений.
Но можно взглянуть на проблему и с другой стороны. Ведь значительно большее число людей перенесли черепно-мозговые травмы, однако лишь у небольшого числа пострадавших развилась после этого эпилепсия. Когда приходится сталкиваться с разной реакцией на одно и то же внешнее воздействие, то речь может идти только о генетическом полиморфизме популяции и "синдрома", что мы и имеем в случае эпилепсии.
На сегодня выявлено лишь несколько генетических механизмов патогенеза этого состояния. Но и этот краткий перечень показывает, что против эпилепсии не может быть какого-то единого лекарства, поскольку "задействованы" не только разные гены, но и их разные части - кодирующие белок и регуляторные, к синтезу белка отношения не имеющие.
