Раздел III. Клинические рекомендации по заболеваниям и состояниям

Глава 20. Молекулярная генетика глазных заболеваний и эмбриология

Ю.С. Астахов, В.В. Рахманов

Краткие сведения об эмбриогенезе глаза человека

Зачатки глаза у зародыша человека появляются очень рано. На 2-й неделе внутриутробного развития на дорсальной поверхности медуллярной пластинки появляются глазные ямки. В конце 3-й недели развития при замыкании мозговой трубки из них образуются первичные глазные пузыри, которые перемещаются и принимают боковое направление. В результате более быстрого роста задних и боковых частей первичного глазного пузыря происходит образование вторичного пузыря, состоящего из двух слоев (глазного бокала). Формирующуюся зародышевую щель заполняет прилежащая мезодерма, которая образует первичное мезодермальное СТ и сосудистую сеть хориоидеи. Тогда же, к концу 4-й недели развития эмбриона, из поверхностной эктодермы образуется зачаток хрусталика (рис. 20.1). Капсула хрусталика возникает на 5-й неделе эмбрионального развития. На 8-й неделе развития в период образования первичного ядра хрусталика начинают формироваться швы хрусталика.

Рис. 20.1. Онтогенез глаза человека: а — первичный глазной пузырь; б — закладка хрусталика в виде утолщения эктодермы над первичным пузырем; в — вторичный глазной пузырь

На 5–6-й неделе происходит закрытие зародышевой щели.

Сохранившаяся над хрусталиковым пузырьком эктодерма в дальнейшем дифференцируется в передний эпителий роговицы. Вокруг хрусталикового пузырька формируется сосудистая сумка. Первичное СТ также пронизано большим количеством сосудов. Начинает дифференцироваться ножка глазного бокала, образуется артерия СТ.

Наружный листок бокала в дальнейшем преобразуется в пигментный слой сетчатки, внутренний — дает начало собственно сетчатке. Прорастая впереди хрусталика, края глазного бокала образуют радужную и ресничную части сетчатки. На 7-й неделе развития нервные волокна входят в канал зрительного нерва. Происходит закладка и развитие век и поперечнополосатых мышц глаза. Из мезенхимы, состоящей из клеток нервного гребешка и кра­ниальной мезодермы, на 8-й неделе происходит закладка склеры. Формируются зрительный нерв, зрительный тракт и частичный перекрест волокон в хиазме. В мезенхиме, которая находится между эктодермой и хрусталиком, появляется щель — передняя камера. Из мезенхимы в дальнейшем формируются строма роговицы, эндотелий, трабекулярная сеть. На 10-й неделе развития происходит дифференцировка нейроэпителиальных клеток на палочки и колбочки, формируются цилиарное тело, его отростки и мышца (рис. 20.2).

Рис. 20.2. Развитие глаза человека: а — закладка первичного стекловидного тела; б — дифференцировка зрительного нерва и образование артерии стекловидного тела; в — дифференцировка оболочек глаза

После 12-й недели происходит тонкая дифференцировка всех тканей и формирование функциональных систем. Слезная железа формируется на 3-м месяце внутриутробного развития, а на 5-м месяце слезный канал открывается в носовую полость. На 7-м месяце исчезают мембрана, закрывающая зрачок, артерия СТ, а также спайка между верхним и нижним веком. На 8-м месяце происходит развитие решетчатой пластинки зрительного нерва, исчезает сосудистая сумка хрусталика. На 9-м месяце происходит миелинизация волокон хиазмы и зрительного нерва. Полностью исчезают сосуды СТ, и оно приобретает прозрачность. Завершение некоторых из этих процессов может происходить в течение первых недель после рождения.

В регулировке сложных механизмов пролиферации, дифференцировки и гибели клеток, происходящих в процессе закладки и развития органа зрения, играет важную роль взаимодействие большого количества генов, многие из продуктов которых являются транскрипционными факторами (PAX6, семейство TGFβ, FOXC1, FOXC2, FOXE3, PITX2, PITX3, LMX1B, CYP1B1 и др.). Нарушения в структуре этих генов или их взаимодействия приводят к грубым нарушениям развития. Для гетерозигот по мутациям в генах SOX2, BMP4, PAX6 и ряде других характерно наличие выраженного дисгенеза глазных структур. У гомозигот по мутациям в этих генах либо не происходит развития органа зрения, либо они гибнут во внутриутробном периоде вследствие грубых дефектов других органов и тканей (FOXC1, PITX2).

Краткие сведения о молекулярной генетике глазных болезней

Словарь генетических терминов

• Аллель — вариант структуры гена, обусловленный его родительским происхождением (в соматических хромосомах один из аллелей достается от отца, другой — от матери).
• Аллельные серии — моногенные наследственные заболевания, вызванные различными мутациями в одном и том же гене, но относящиеся к разным нозологическим группам по своим клиническим проявлениям.
• Амплификация — выборочное копирование определенного участка ДНК.
• Болезни врожденные — присутствуют у ребенка с момента рождения:
  • аутосомные — обусловлены дефектами генов, локализованных в соматических хромосомах, то есть аутосомах;
  • доминантные — развиваются, когда мутация в одном из двух аллелей достаточна для изменения фенотипа, то есть организм обозначается как гетерозигота;
  • моногенные — обусловлены дефектом одного гена;
  • мультифакториальные — имеющие в своей основе как генетическую, так и средовую компоненты;
  • рецессивные — развиваются при наличии мутаций в обоих аллелях, то есть в гомозиготном организме.
• Ген — единица наследственности, определяющая развитие отдельного признака или свойства организма.
• Гетерозигота — особь с двумя структурно различными аллелями (нормальным и мутантным) в определенном локусе.
• Гомозигота — особь с одинаковыми аллелями (нормальными либо мутантными) в определенном локусе.
• Интрон — некодирующая область гена, вырезается в процессе сплайсинга при образовании матричной РНК из первичного РНК-транскрипта.
• Картирование — локализация элементов генома на генетической карте.
• Клонирование — встраивание чужеродной ДНК в векторную молекулу ДНК или РНК и введение этой конструкции в фаговые, бактериальные или эукариотические клетки хозяина.
• Кодон — последовательность из трех нуклеотидов в молекуле ДНК или в матричной РНК, соответствующая определенной аминокислоте или сигналу терминации трансляции:
  • стоп-кодон (нонсенс-кодон) — сигнал терминации (прекращения) трансляции полипептидной цепи (UGA, UAG, UAA);
  • инициирующий (стартовый) кодон — AUG-триплет в матричной РНК, кодирующий метионин, с которого начинается образование полипептидной цепи в процессе трансляции.
• Компаунд — гомозиготная особь, у которой в двух аллелях одного гена имеются неодинаковые мутации.
• Комплементарность (нуклеотидных пар) — образование водородных связей по правилу А–Т, Г–Ц в двухнитевой молекуле ДНК.
• Локус — место локализации гена на хромосоме.
• Мутация — изменения в последовательности ДНК:
  • делеция — утрата сегмента ДНК размером от одного нуклеотида до субхромосомного фрагмента, включающего несколько генов;
  • инсерция — вставка сегмента ДНК размером от одного нуклеотида до субхромосомного фрагмента, включающего несколько генов;
  • миссенс-мутация (то есть с изменением смысла) — замена нуклеотида в кодирующей части гена, ведущая к замене аминокислоты в соответствующем белковом продукте;
  • нонсенс — замена нуклеотида в кодирующей части гена, сопровождающаяся образованием стоп-кодона;
  • сплайсинговая — мутация, затрагивающая сайты (см. ниже) сплайсинга (см. ниже) или создающая новые сайты сплайсинга в интронных областях гена; сопровождается либо делецией смежного с мутацией экзона, либо невырезанием соответствующего интрона при процессинге первичного РНК-транскрипта;
  • точечная — мутация, затрагивающая от одного до нескольких нуклеотидов.
• Позиционное клонирование — метод идентификации генов, основанный на молекулярном анализе субхромосомной области их локализации (обратная генетика — от гена к признаку).
• Полимеразная цепная реакция (ПЦР), или специфическая амплификация ДНК, — избирательный синтез in vitro большого числа (порядка 1 млн) копий небольшого фрагмента матричной ДНК размером от 50 до нескольких тысяч нуклеотидов; при некоторых условиях возможна амплификация более крупных фрагментов (до 35 000 пар оснований).
• Полиморфизм — генетическая изменчивость локуса в определенной популяции.
• РНК — нитевидная молекула, в которой остов из чередующихся остатков рибозы и фосфорной кислоты ковалентно соединен с четырьмя азотистыми основаниями — аденином, урацилом, гуанином и цитозином.
• Сайт — определенное место в молекуле ДНК.
• Секвенирование — определение нуклеотидной последовательности молекулы ДНК.
• Сплайсинг — процесс вырезания последовательностей, комплементарных интронам, из молекулы первичного РНК-транскрипта.
• Транскрипция — синтез первичных РНК-транскриптов, комплементарных определенным участкам молекулы ДНК (генам).
• Транскрипционный фактор — белок активации и/или репрессии генной активности, способный взаимодействовать с молекулами ДНК.
• Трансляция — синтез полипептидной цепи по молекуле матричной РНК.
• Фенотип — совокупность признаков организма, контролируемых определенным генотипом.
• Функциональное клонирование — идентификация генов наследственных болезней, начиная с определения первичного биохимического дефекта (прямая генетика — от признака к гену).
• Хромосомы — дискретные внутриядерные структуры, содержащие молекулы ДНК, суперскрученные за счет взаимодействия с гистоновыми белками.
• Экзон — кодирующий участок гена.