Генетические особенности спинальной мышечной атрофии
Одним из наиболее частых аутосомно-рецессивных заболеваний является спинальная мышечная атрофия (СМА).
Спинальная мышечная атрофия – наследственное нервно-мышечное заболевание, причиной которого является постепенное и необратимое нарушение функций двигательных нейронов спинного мозга, приводящее к симметричному ослабеванию, а затем атрофии мышц. Хотя это заболевание относится к редким (орфанным), оно является вторым (после муковисцидоза) по распространенности из наследственных среди коренных европейцев и населения Северной Америки европейского происхождения.
Различают четыре типа СМА, в зависимости от возраста манифистации и степени проявления симптомов:
СМА 1 типа (младенческая форма), или болезнь Верднига-Гоффмана – самая ранняя и тяжелая форма заболевания. Обычный возраст начала 0-6 месяцев. Чаще всего дети с такой формой заболевания не доживают до 2-х лет.
СМА 2 типа (промежуточная форма), или болезнь Дубовица – возраст проявления этой формы заболевания 6-18 месяцев. Дети с таким типом СМА могут сидеть без поддержки, но не могут вставать и ходить. Тяжесть заболевания и прогноз зависит от скорости вовлечения в болезнь мышц, отвечающих за дыхание.
СМА 3 типа (ювенильная форма), болезнь Кюгельберга-Веландер – проявляется в возрасте старше 18 месяцев. Дети с этой формой СМА способны сравнительно длительное время ходить самостоятельно, слабость и атрофия мышц прогрессируют медленно.
СМА 4 типа (взрослая форма) — самая легкая форма заболевания, обычно проявляющаяся на втором или третьем десятилетии жизни симптомами, аналогичными ювенильной форме. Как правило, не приводит к снижению продолжительности жизни пациента.
Генетической причиной СМА являются мутации в гене SMN1. Ген SMN1 кодирует белок, необходимый для работы двигательных нейронов. Важной частью этого белка является фрагмент, информация о котором содержится в 7 экзоне (определенной части) гена SMN1. Любая мутация, которая приводит к отсутствию этого фрагмента в белке или же значительно нарушает строение белка, может привести к развитию заболевания. Полное отсутствие 7 экзона (делеция) является самой частой причиной СМА. Если на обеих хромосомах в гене SMN1 есть нарушения в 7 экзоне, то нормальный белок не будет формироваться, а отсутствие нормально функционирующего белка вызывает СМА.
В геноме человека также есть ген SMN2 . Он очень похож на ген SMN1 (99% совпадения последовательностей). Одно из ключевых отличий этих двух генов – определенный нуклеотид в 7 экзоне. Одна замена в последовательности гена SMN2 приводит к тому, что с него синтезируется нефункциональный белок. Однако, в результате ошибок синтеза белка, которые иногда случаются в нашем организме, с гена SMN2 может синтезироваться небольшое количество правильного, функционального белка, необходимого для работы двигательных нейронов. Именно поэтому даже при полном отсутствии нормального белка с гена SMN1 количество копий гена SMN2 влияет на тяжесть симптомов.
Информация о количестве копий генов SMN1 и SMN2 позволяет диагностировать заболевание и оценить риск рождения в семье ребенка с диагнозом СМА. Если оба родителя являются носителями мутации в гене SMN1, вероятность рождения ребенка с СМА равна 25%. Однако обычными методами невозможно уточнить количество копий генов SMN1 и SMN2.
Правильная молекулярная диагностика носительства СМА и самого заболевания осложнена схожестью генов SMN1 и SMN2. Для диагностики необходимо использовать методы, позволяющие различить эти гены по немногим отличающимся точкам. Так как ключевую роль играет именно экзон 7, необходимо использовать метод, который позволяет определить количество его копий в гене SMN1.
Сегодня единственным методом точного определения количества копий каждого гена является анализ методом MLPA (мультиплексная амплификация лигазно- связанных проб). В результате анализа лаборатория получает заключение о количестве 7 и 8 экзонов генов SMN1 и SMN2. Все остальные методы позволяют выявить наличие/отсутствие указанных экзонов генов, но не определить количество копий каждого. Хотя у большинства пациентов со СМА выявляются делеции 7 и 8 экзона в гене SMN1, для молекулярного подтверждения диагноза ориентируются только на данные по количеству копий 7 экзона.
Методов эффективного лечения СМА не существует. В настоящее время 2 фармакологические компании разработали генно-терапевтические препараты для лечения СМА. Препарат SPINRAZA (Biogen) разрешен к использованию в ЕС, однако стоимость такого лечения очень высока. Препарат AVXS-101 (AveXis) находится на стадии клинических испытаний и когда он будет доступен для лечения детей со СМА неизвестно. Сейчас доступна только поддерживающая терапия, в зависимости от тяжести заболевания.
Поэтому так важно иметь возможность снизить риск рождения больного ребенка в семье. Для этого необходимо проводить генотипирование будущих родителей, которое позволит оценить риск для потомства. В случае выявления статуса носительства мутаций в гене SMN1 обоими родителями, им может быть рекомендована пренатальная или преимплантационная генетическая диагностика СМА.
Анна Орлова
биолог-генетик
Юлия Латынина: как лечат детей со СМА и почему Россия хуже Румынии
В России 20 (двадцать) детей, больных СМА, в возрасте до 2 лет. Вылечить каждого из них можно одним уколом стоимостью в 2,1 миллиона долларов. Всего больных СМА в России на данный момент 913 человек. Мы попросили нашего обозревателя разобраться в истории болезни, где от мучительной смерти детей спасает не государство, а благотворители.
Для того чтобы человек двигался и дышал, у него должны быть мотонейроны. Мотонейроны — это крупные нервные клетки, которые контролируют активность мускулов, посылая им сигналы центральной нервной системы. А чтобы мотонейроны работали, в организме должен вырабываться специальный белок, отвечающий за их жизнь. Он так и называется — survival motor neuron (SMN).
Производство SMN в человеке закодировано в двух генах, которые тоже так и называются — SMN1 и SMN2. Иногда SMN1 ломается, и тогда ребенок, который родился с таким поломанным геном, заболевает спинальной мышечной атрофией — spinal muscular atrophy, СМА. У такого ребенка белка SMN нет или очень мало. Если представить себе организм как автомобиль то мотонейроны — это свечи в двигателе внутреннего сгорания. Если одна не работает, то мотор «затроит», а если больше — встанет. А белок SMN — это, если угодно, керамический изолятор свечи. Без него свеча долго не проработает.
На фото — годовалый Тимур Дмитриенко с мамой. У Тимура — спинальная мышычная атрофия. Фото: Виктория Одиссонова / «Новая газета»
Спинальная мышечная атрофия (СМА) происходит в результате ошибочного сплайсинга РНК. Сплайсинг — это процесс, в результате которого РНК копирует ген, отделяя в ней интроны от экзонов. Экзоны — это последовательность ДНК, несущая в себе генетическую информацию. Интроны — это бессмысленные вставки.
Существует несколько форм СМА. При самой тяжелой форме — СМА1 (болезнь Верднига-Хоффмана) — ребенок может не дожить до двух лет. Его мускулы атрофируются. Он не может ходить, а иногда и сидеть. Постепенно болезнь поражает все системы организма, для деятельности которых нужны мышцы. Например легкие — из-за того, что ребенок не может откашлять мокроту.
СМА2 протекает чуть легче. Она обычно проявляется между 6 и 18 месяцами жизни. Ребенок на всю свою жизнь (часто короткую) прикован к инвалидной коляске.
Мозг — не мускул. Ему для работы мотонейроны не требуются. Поэтому интеллект при этой болезни не нарушен.
Ребенок видит и понимает, как у него отказывают, одна за другой, все системы организма: ноги, руки, дыхание.
СМА — ведущая причина детской смертности от генетических болезней в развитых странах.
В 2003 году американцы Лорен Энг и Динакар Сингх, у которых родился ребенок со СМА, зарегистрировали благотворительную организацию SMA Foundation, которая потратила более $150 млн на разработку лекарства от SMA. Аналогичная благотворительная организация Cure SMA потратила на то же $80 млн.
В 2004 году доктор Равиндра Сингх из University of Massachusetts, которого финансировали обе благотворительные организации, нашел способ решить проблему.
Как мы уже сказали, у человека два гена, способных производить нужный белок, — SMN1 и SMN2.
Однако SMN2 не умеет производить достаточного количества белка. Еще в 1999 году американские генетики выяснили, что это происходит потому, что когда рибосома считывает этот ген, в остальном идентичный SMN1, она регулярно пропускает 7-й экзон (напомню, что экзон — это содержательная часть ДНК-текста).
Д-р Равингда Сингх понял, почему это происходит. Он нашел последовательность нуклеотидов, которая действовала как выключатель считывания этого 7-го экзона, или, говоря по-научному, как сайленсер интронного сплайсинга (intronic splicing silencer).
И он подобрал к нему комплементарную последовательность нуклеотидов, которая этот выключатель включала. Если вставить эту последовательность в РНК, то рибосома — машинка по синтезу белка, которая ползет по РНК, читает ее и синтезирует белок, — перестает пропускать 7-й экзон.
Такая последовательность нуклеотидов называется antisense oligonucleotide. (ASO). Я могла бы привести это словосочетание по-русски — «антисмысловой олинуклеотид», — но это довольно бессмысленное занятие. Совершенно точно ни один человек, занимающийся генетикой, вне зависимости от того, где он это делает — в США, Сингапуре или России, — не называет ASO антисмысловым олигонуклеотидом.
Представим себе, что ДНК — это инструкция, по которой собирают белок, а рибосома — это рабочий, который читает эту инструкцию и выполняет то, что в ней написано. Проблема, как уже сказано, заключается в том, что иногда в инструкции написаны дельные советы, а иногда — полный мусор, который надо выкидывать. ASO — это хайлайтер. Это то, что подчеркивает важную инструкцию, чтобы рабочий ее не упустил (или, наоборот, подчеркивает мусор, чтобы рабочий не забыл его выкинуть).
Эта конкретная последовательность нуклеотидов называется нусинерсен, он же — спинраза. Спинраза — это короткая последовательность РНК, которая вставляется рядом с 7-м экзоном в ген SMN2. В декабре 2016 года спинраза была зарегистрирована FDA как первый препарат для лечения спинальной мышечной атрофии у детей.
Как мы уже сказали, спинраза не умеет чинить поломку гена SMN1. Вместо этого она переделывает ген SMN2, заставляя его производить вместо дефектного белка полноценный. За 135–177 дней спинраза распадается (ведь это просто цепочка нуклеотидов), продукты распада лекарства выводятся из организма вместе с мочой. Поэтому ее надо давать постоянно.
Спинразу разработали доктор Адриан Крайнер и доктор Франк Беннет из Cold Spring Harbor Laboratory и Ionis Pharmaceuticals; в 2015 году эксклюзивные права на спинразу приобрела компания Biogen за общую сумму приблизительно в $225 млн.
В 2019 году Крайнер и Беннет получили за спинразу учрежденный Юрием Мильнером, Сергеем Брином, Марком Цукербергом и Джеком Ма Breakthrough Prize.
Однако в том же году FDA одобрило второе, еще более радикальное лекарство от спинальной атрофии, — золгензму.
Для того чтобы выздороветь от страшного генетического заболевания, ребенку нужен один укол золгензмы.
Золгензма действует буквально как в кино. Один укол — и ребенок, который еще недавно лежал, как коврик, дышит, ходит и живет.
Золгенмза корректирует непосредственно ген SMN1. Она представляет собой безвредный аденовирус (который используется как вектор). Этот аденовирус нагружен правильным геном, который и встраивается в ДНК. Золгензма годится не для всех типов спинальной атрофии.
Золгензму разработала биотехнологическая компания AveXis, основанная в 2015 году Брайаном Каспером. В 2018-м эту компанию купил за $8,7 млрд. Novartis.
Один укол золгензмы стоит $2,125 млн. Это самое дорогое лекарство в мире. Вместе с сопутствующими услугами — терапией и пр. — лечение обходится в $2,4 млн.
Для тех, кто сразу начнет говорить о «проклятых капиталистах», которые наживаются на детской слезе. Уймитесь: без «проклятых капиталистов» лечения бы вообще не было. Лечили бы молитвами да аспирином. Обратите внимание, что все лекарства, которые выше перечислены, — американские, и все компании, которые выше перечислены, — американские. США — это 95% рынка мировых биотехнологических исследований. И гигантская цена обусловлена прежде всего редкостью болезни. Было бы это лекарство от насморка — стоило бы копейки. А тут надо поделить астрономические суммы, затраченные на исследования, на количество пациентов.
$2,4 млн — и ребенок, который лежал в кроватке как кисель, оживает и превращается в обычного ребенка. $2,4 млн. в день Россия, по оценке Jane’s, тратит на войну в Сирии. Полковника МВД Захарченко поймали со $120 млн кэша). Его коллегу из ФСБ — со $185 млн наличными.
В России сейчас всего 20 (двадцать) живых детей с СМА в возрасте до 2 лет. А всего пациентов, с чуть менее тяжелыми формами, переживших этот возраст, — 913.
Двадцать человек. Один укол. $50 млн. Это меньше, чем стоит контракт хорошего футболиста.
А вылечить всех 913 человек стоит меньше, чем построить один стадион со всеми откатами.
Как легко понять, наша отечественная фармацевтика ни спинразы, ни золгензмы (а также других препаратов, которые сейчас разрабатывают Roche и Cytokinetics) не произведет. Это же ведь не прекурсоры для наркотиков и не фуфломицины.
Это проблема, о которой я уже писала. А именно — что в XXI веке разница между развитым миром и высокодуховными клептократиями будет заключаться в первую очередь в продолжительности жизни. Лекарства, которые используют моноклональные антитела и генную терапию, будут появляться еще и еще. Золгензма — это первая ласточка. Потому что — вдумайтесь, о чем идет речь, — ученые научились перебирать цепочку ДНК, как перебирают электрическую цепь в поисках короткого замыкания, и с помощью ретровирусов и ASO ставить заплатку!