2658-6533Научные результаты биомедицинских исследований2658-653310.18413/2658-6533-2020-6-2-0-32038Генетика<strong>Молекулярное кариотипирование хромосомных аномалий и вариаций числа копий последовательностей ДНК (CNVs) при идиопатических формах умственной отсталости и эпилепсии</strong><strong>Molecular karyotyping of chromosomal anomalies and copy number variations (CNVs) in idiopathic forms of intellectual disability and epilepsy</strong><br /> &nbsp;ДемидоваИрина АлександровнаDemidovaIrina A.demidovaia@yandex.ruВорсановаСветлана ГригорьевнаVorsanovaSvetlana G.svorsanova@mail.ruКуриннаяОксана СергеевнаKurinnayaOksana S.ВасинКирилл СергеевичVasinKirill S.vasin-ks@rambler.ruВоиноваВиктория ЮрьевнаVoinovaVictoria Y.vivoinova@yandex.ruЗеленоваМария АлександровнаZelenovaMaria A.maria_zelenova@yahoo.comКолотийАлексей ДмитриевичKolotiyAlexey D.kolotiyad@yandex.ruКравецВиктор СергеевичKravetsVictor S.victorskravets@mail.ruБулатниковаМарина АлексеевнаBulatnikovaMarina A.marinaus3@yandex.ruЯблонскаяМария ИгоревнаYablonskayaMaria I.i.yablonsky@mail.ruШаронинВасилий ОлеговичSharoninVasiliy O.sharoninvo@gmail.comЮровЮрий БорисовичYurovYuri B.ЮровИван ЮрьевичIourovIvan Y.ivan.iourov@gmail.com20206200

Актуальность: В этиологии недифференцированных форм умственной отсталости и эпилепсии значимую роль играют генетические факторы. С интенсивным внедрением современных технологий в клиническую практику стало возможным выявлять геномные перестройки с недоступным ранее разрешением. Несмотря на прогресс в изучении генетических причин умственной отсталости, для определения патогенетических механизмов таких этиологически гетерогенных состояний, как её недифференцированные формы с эпилепсией, требуется применение биоинформатических методов для корректной интерпретации результатов полногеномного анализа. Цель исследования: Определение геномных (хромосомных) вариаций, включая CNVs, и их возможных клинических последствий у детей с недифференцированной умственной отсталостью и эпилепсией. Материалы и методы: Цитогенетическими и молекулярными технологиями исследованы клетки крови и образцы ДНК у 294 детей с недифференцированной умственной отсталостью и эпилепсией с ВПР и/или МАР. Использовали молекулярное кариотипирование или SNParray и оригинальную биоинформатическую технологию, позволяющую моделировать последствия геномных аномалий. Результаты: Обследовано 294 ребёнка с геномными аномалиями и различными клиническими проявлениями. В 20,8% случаев помимо идиопатической умственной отсталости, ВПР и/или МАР, наблюдалась эпилепсия. У этих детей обнаружены численные и структурные аномалии хромосом в 8% случаев. При молекулярном кариотипировании выявлено 192 аномалии генома с патогенным или вероятно патогенным эффектом и 23 участка сегментной потери гетерозиготности (унипарентальная дисомия) в 25% случаев. При этом сочетанные аномалии генома наблюдались в 87%. Геномные аномалии встречались по всем хромосомам, кроме 20 и 21. Среди 192 геномных аномалий выявлены делеции, дупликации, трипликации и мозаичные геномные нарушения, как правило, совместно с регулярными перестройками. При применении оригинального биоинформатического анализа, используя приоритизацию генов, определено более 800 генов; из повторяющихся генов выявлены: FMR1 [OMIM:309550], ассоциированный с умственной отсталостью, сцепленной с ломкой хромосомой X; DAZ2 [OMIM:400026] и DAZ3 [OMIM:400027], ассоциированные c умственной отсталостью и аутизмом; BTRC [OMIM603482], вовлеченный в сигнальный путь циркадного ритма, связанного с эпилептическими проявлениями; реже - AFF2 (FMR2) [OMIM:300806], SLC1A1 [OMIM:133550], SCN2A [OMIM:182390], SCN3A [OMIM:182391], GABRB3 [OMIM:137192], NECAP1 [OMIM:615833], SHANK3 [OMIM:606230]. Вариабельность полученных результатов не позволяет провести корректные корреляции геномных нарушений и недифференцированной умственной отсталости с эпилепсией. Однако данные проделанной работы показывают, что следует накапливать результаты полногеномных исследований для определения геномного участка или даже генов, связанных с данной патологией. Заключение: Полученные данные и проведённый анализ указывают на целесообразность продолжения исследований, направленных на поиск молекулярных механизмов недифференцированной умственной отсталости и эпилепсии.

Background: Genetic factors play an important role in the etiology of idiopathic intellectual disability and epilepsy. The intensive introduction of molecular cytogenetic technologies in medical practice has made it possible to reveal genomic rearrangements at a previously unachievable level of resolution. However, in spite of profound progress in learning genetic causes of intellectual disability, it is necessary to use bioinformatic (interpretational) technologies for correct interpretation of the personal data during the examination of a genome. The aim of the study: To determine genomic (chromosomal) variations, including CNVs, and their possible clinical consequences in children with idiopathic intellectual disability and epilepsy. Materials and methods: We examined blood cells and DNA samples of 294 children with idiopathic intellectual disability and epilepsy, congenital malformations and/or microanomalies. We used methods of high-resolution molecular karyotyping (SNP array), and an original bioinformatic technology for modeling consequences of genomic pathologies. Results: We examined 294 children with genomic anomalies and different phenotypic manifestations. In 20.8% of cases they had epilepsy, besides idiopathic intellectual disability, congenital malformations and/or microanomalies. Cytogenetic studies of these children revealed structural and numerical anomalies of chromosomes in 8% of cases. Molecular karyotyping revealed 192 genome anomalies with pathogenic or possibly pathogenic effect in 61 children and 23 regions of segmental loss of heterozygosity (segmental uniparental disomy) in 25% of cases. Combined genome anomalies were found in 87% of cases. Genomic anomalies were revealed in all chromosomes, except chromosomes 20 and 21. Among 192 genome anomalies we found deletions, duplications, triplications and mosaic genome aberrations, usually in combination with regular rearrangements. Using original bioinformatic analysis with gene prioritization, we defined more than 800 genes; recurrently affected genes were FMR1 [OMIM:309550] (this gene is associated with fragile X mental retardation), DAZ2 [OMIM:400026], DAZ3 [OMIM:400027] (both are associated with intellectual disability and autism), BTRC [OMIM:603482] (the gene is involved in signal pathway of circadian rhythm, associated with epileptic manifestations); less frequently &ndash; AFF2 (FMR2) [OMIM:300806], SLC1A1 [OMIM:133550], SCN2A [OMIM:182390], SCN3A [OMIM:182391], GABRB3 [OMIM:137192], NECAP1 [OMIM:615833], SHANK3 [OMIM:606230]. The variability of obtained data hinders exact phenotypic correlations of genomic disbalances and idiopathic intellectual disability with epilepsy. Nevertheless, the results of the studies show a need to accumulate whole-genome data for definition of genome sites or even genes, associated with this pathology. Conclusion: Our data and analysis highlight the applicability of the approach for identification of molecular mechanisms of idiopathic intellectual disability and epilepsy.

недифференцированная умственная отсталость с эпилепсиеймолекулярное кариотипированиевариации числа копий последовательностей ДНК (CNVs)биоинформатическая технологияidiopathic intellectual disability and epilepsymolecular karyotypingcopy number variations of DNA sequences (CNVs)bioinformatic technologyСписок литературыВорсанова СГ, Юров ИЮ, Куринная ОС, и др.Недифференцированные формы умственной отсталости у детей: цитогенетические и молекулярно-цитогенетические аспекты. М.: Издательский дом академии естествознания; 2017.Левченко ОА, Лавров АВ. Массовое параллельное секвенирование в молекулярно-генетической диагностике умственной отсталости. Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. 2018;118(12):65-71. DOI: https://doi.org/10.17116/jnevro201811812165Chelly J, Khelfaoui M, Francis F, et al. Genetics and pathophysiology of mental retardation. European Journal of Human Genetics. 2006;14(6):701-713. DOI: https://doi.org/10.1038/ sj.ejhg.5201994Oeseburg B, Dijkstra GJ, Groothoff JW, et al. Prevalence of chronic health conditions in children with intellectual disability: a systematic literature review. Intellectual and Developmental Disabilities. 2011;49(2):59-85. DOI: https://doi.org/10.1352/1934-9556-49.2.59Mefford HC, Muhle H, Ostertag P, et al. Genome-wide copy number variation in epilepsy: novel susceptibility loci in idiopathic generalized and focal epilepsies. PLOS Genetics. 2010;6:e1000962. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1000962Ворсанова СГ, Юров ЮБ, Демидова ИА, и др. Биомаркеры неонкологических болезней мозга, обусловленных хромосомной нестабильностью, у детей. Научный результат. Медицина и фармация. 2018;4(2):8-18. DOI: https://doi.org/10.18413/2313-8955-2018-4-2-0-2Iourov IY, Vorsanova SG, Kurinnaia OS, et al. Molecular karyotyping by array CGH in a Russian cohort of children with intellectual disability, autism, epilepsy and congenital anomalies. Molecular Cytogenetics. 2012;5(1):46. DOI: https://doi.org/10.1186/1755-8166-5-46Юров ИЮ, Ворсанова СГ, Саприна ЕА, и др. Выявление генов-кандидатов аутизма, основанное на молекулярно-цитогенетическом и in silico анализах геномной организации хромосомных участков, вовлечённых в несбалансированные перестройки. Генетика. 2010; 46(10):1348-1351.Schaefer GB, Starr L, Pickering D, et al. Array comparative genomic hybridization findings in a cohort referred for an autism evaluation. Journal of Child Neurology. 2010;25(12):1498-1503. DOI: https://doi.org/10.1177/0883073810370479Юров ИЮ, Ворсанова СГ, Зеленова МА, и др. Биоинформатическая технология оценки функциональных последствий геномных вариаций. Фундаментальные исследования. 2015;2:4209-4214.Iourov IY, Vorsanova SG, Yurov YB. In silico molecular cytogenetics: a bioinformatic approach to prioritization of candidate genes and copy number variations for basic and clinical genome research. Molecular Cytogenetics. 2014;7(1):98. DOI: https://doi.org/10.1186/s13039-014-0098-zYurov YB, Vorsanova SG, Iourov IY. Network-based classification of molecular cytogenetic data. Current Bioinformatics. 2017;12(1):27-33. DOI: https://doi.org/10.2174/1574893611666160606165119Зеленова МА, Ворсанова СГ, Юров ЮБ, и др. Приоритизация процессов-кандидатов при умственной отсталости и аутизме на основе данных молекулярного кариотипирования о вариациях числа копий последовательностей ДНК. Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2018;3:100-104. DOI: https://applied research.ru/ru/article/view?id=12157Vorsanova SG, Yurov YB, Iourov IY. Neurogenomic pathway of autism spectrum disorders: linking germline and somatic mutations to genetic-environmental interactions. Current Bioinformatics. 2017;12(1):19-26. DOI: https://doi.org/10.2174/1574893611666160606164849Vorsanova SG, Zelenova MA, Yurov YB, et al. Behavioral variability and somatic mosaicism: a cytogenomic hypothesis. Current Genomics. 2018;19(3):158-162. DOI: https://doi.org/10.2174/1389202918666170719165339Yurov YB, Vorsanova SG, Iourov IY, et al. Unexplained autism is frequently associated with low-level mosaic aneuploidy. Journal of Medical Genetics. 2007;44:521-525.DOI: https://doi.org/10.1136/jmg.2007.049312Kuroda-Kawaguchi T, Skaletsky H, Brown LG, et al. The AZF region of the Y chromosome features massive palindromes and uniform recurrent deletions in infertile men. Nature Genetics. 2001;29(3):279-286. DOI: https://doi.org/10.1002/humu.20757Repping S, Skaletsky H, Lange J, et al. Recombination between palindromes P5 and P1 on the human Y chromosome causes massive deletions and spermatogenic failure. American Journal of Human Genetics. 2002;71(4):906-922. DOI: https://doi.org/10.1086/342928Khan S, Nobili L, Khatami R, et al. Circadian rhythm and epilepsy. The Lancet Neurology. 2018;17(12):1098-1108. DOI: https://doi.org/10.1016/S1474-4422(18)30335-1Okumura F, Yamamoto T, Kurahashi H, et al. Epilepsies in children with 2q24.3 deletion/duplication. Journal of Pediatric Epilepsy. 2015;04(01):008-016. DOI: https://doi.org/ 10.1055/s-0035-1554786Alazami AM, Hijazi H, Kentab AY, et al. NECAP1 Journal of Medical Genetics. 2014;51:224-228. DOI: https://doi.org/10.1136/jmedgenet-2013-102030Holder JrJL, Quach MM. The spectrum of epilepsy and electroencephalographic abnormalities due to SHANK3 loss of function mutations. Epilepsia. 2016;57(10):1651-1659. DOI: https://doi.org/10.1111/epi.13506Vorsanova SG, Iourov IY, Yurov YB. Neurological, genetic and epigenetic features of Rett syndrome. Journal of Pediatric Neurology. 2004;2(4):179-190. DOI: https://doi.org/10.1055/s-0035-1557218Vorsanova SG, Voinova VY, Yurov IY, et al. Cytogenetic, molecular-cytogenetic, and clinical-genealogical studies of the mothers of children with autism: a search for familial genetic markers for autistic disorders. Neuroscience and Behavioral Physiology. 2010;40(7):745-756. https://doi.org/10.1007/s11055-010-9321-5Hoischen A, Krumm N, Eichler EE. Prioritization of neurodevelopmental disease genes by discovery of new mutations. Nature Neuroscience. 2014;17(6):764-772. DOI: https://doi.org/10.1038/nn.3703