Этиологическими факторами развития врожденных деформаций позвоночника, как и любой врожденной патологии могут являться воздействия неблагоприятных факторов и тератогенов в период эмбрионального развития (вальпроевая кислота, алкоголь, гипертермия, инсулин-зависимый диабет у матери и др.). Также есть наследственные формы, обусловленные наличием мутаций в генах, участвующих в закладке и развитии соединительной ткани.
Цели и задачи: обосновать прогностическое значение молекулярно-генетических и биохимических маркеров в диагностике врожденной патологии.Материалы и методы. Исследования проведены у 52 пациентов с врожденными деформациями позвоночника. Изучены полиморфизмы генов детоксикации GSTT1, GSTM, GSTP1 (lle105Val), GSTP1 (Ala114Val). Для изучения мутаций генов, отвечающих за темпы роста и структуру позвонков и межпозвонковых дисков – генов HOXA11, HOXD13, RUNX2, CHST3, DLL3, MESP2, LFNG, HES7 разработаны праймеры для амплификации и секвенирования кодирующих экзонов этих генов.
Одновременно у 52 пациентов изучены микроэлементный состав крови (Zn, P, Ca, Cu), а также содержание Se, Ag, Pb, Cd. Для измерения содержания тяжелых металлов кадмия и свинца, а также микроэлементов серебра в биосубстратах использовали атомно-абсорбционный спектрометр Agilent 240Z АА с электротермической атомизацией, для измерения содержания селена – атомно-эмиссионный спектрометр с индуктивно-связанной плазмой Ultima-2. Исследовались также Zn, P, Ca, Cu «макроэлементы», концентрация которых в организме превышает 0,01 %.
Результаты и обсуждение. При проведении генетического исследования выявлено две мутации в генах HOXA11 и LFNG у двух разных пациентов, которые отвечают за развитие соединительной ткани в целом. У пациентов, встречались полиморфизмы генов, а также делеции/инсерции, которые не являются патогенными и либо не приводят к замене аминокислоты в белке или являются вариантом нормы, встречающимся в нормальной популяции.
В результате анализа полученных данных при изучении микроэлементов и тяжелых металлов установлено, что диапазоны значений содержания микроэлементов в сыворотке крови детей с прогрессирующими врожденными деформациями позвоночника составляют, мкг/л: для свинца – 0,001–246,460; кадмия – 0,001–3,387; серебра – 0,001–165,786; селена – 0,001–52,26 с медианами соответственно 0,001; 0,001; 3,819 и 14,650. Анализ содержания свинца в сыворотке крови детей с костной патологией показал, что в 32,7 % образцов содержание этого элемента превышает «условную» норму в 2 раза. Cодержание селена в сыворотке крови детей значительно ниже «условной» нормы, при этом даже максимальное значение (52,26 мкг/л) не достигает нижней границы референсного диапазона, концентрация кадмия соответствует норме, 86,4 % имеют повышенное содержание фосфора в крови. Серьезные мутации выявлены у детей с врожденными комбинированными пороками развития. Они сочетались с отсутствием генов детоксикации на фоне повышения содержания свинца и фосфора в крови исследуемых.
Выводы:
1. Наличие мутаций генов, отвечающих за развитие соединительной ткани как таковой, может повлечь за собой наличие множественной врожденной патологии.
2. Наиболее опасными являются варианты, имеющие корреляцию с повышением референсных значений тяжелых металов, таких как свинец в сочетании с повышением концентрации фосфора при отсутствии генов дезинтоксикации.
3. Проведение исследований с использованием определения молекулярно-генетических и биохимических маркеров в диагностике врожденной патологии является перспективным направлением, так как может быть использовано для поиска врожденной патологии, наряду с лучевыми методами исследований.
Etiological factors in the development of congenital deformities of the spine, as well as any congenital pathology, may be the effects of adverse factors and teratogens during embryonic development (valproic acid, alcohol, hyperthermia, insulin-dependent diabetes in the mother, etc.). There are also hereditary forms due to the presence of mutations in the genes involved in the laying and development of connective tissue.
Materials and methods. The studies were carried out in 52 patients with congenital spinal deformities. Polymorphisms of detoxification genes GSTT1, GSTM, GSTP1 (lle105Val), GSTP1 (Ala114Val) were studied. To study mutations in the genes responsible for the growth rate and structure of the vertebrae and intervertebral discs – the HOXA11, HOXD13, RUNX2, CHST3, DLL3, MESP2, LFNG, HES7 genes, primers were developed for amplification and sequencing of the coding exons of these genes.
At the same time, the microelement composition of the blood (Zn, P, Ca, Cu), as well as the content of Se, Ag, Pb, Cd were studied in 52 patients. To measure the content of heavy metals cadmium and lead, as well as trace elements of silver in biosubstrates, an Agilent 240Z AA atomic absorption spectrometer with electrothermal atomization was used; to measure the selenium content, an atomic emission spectrometer with an Ultima-2 inductively coupled plasma was used. We also studied Zn, P, Ca, Cu «macroelements», the concentration of which in the body exceeds 0.01 %.
Results and its discussion. When conducting a genetic study, two mutations were identified in the HOXA11 and LFNG genes in two different patients, which are responsible for the development of connective tissue in general. In patients, there were gene polymorphisms, as well as deletions / insertions that are not pathogenic and either do not lead to an amino acid substitution in the protein or are a normal variant found in the normal population. As a result of the analysis of the data obtained in the study of trace elements and heavy metals, it was found that the ranges of values for the content of trace elements in the blood serum of children with progressive congenital spinal deformities are, μg/l: for lead – 0.001–246.460; cadmium – 0.001–3.387; silver – 0.001–165.786; selenium – 0.001–52.26 with medians, respectively, 0.001; 0.001; 3.819 and 14.650. An analysis of the lead content in the blood serum of children with bone pathology showed that in 32.7 % of the samples the content of this element exceeded the “conditional” norm by 2 times. The content of selenium in the blood serum of children is significantly below the “conditional” norm, while even the maximum value (52.26 μg/l) does not reach the lower limit of the reference range, the concentration of cadmium corresponds to the norm, in 86.4 % there was an increased content of phosphorus in the blood. Serious mutations have been observed in children with combined congenital malformations. They were combined with the absence of detoxification genes against the background of an increase in the content of lead and phosphorus in the blood of the subjects.
Conclusions
1. The presence of mutations in the genes responsible for the development of connective tissue as such can lead to the presence of multiple congenital pathologies.
2. The most dangerous are the variants that correlate with an increase in the reference values of heavy metals such as lead and phosphorus in the absence of detoxification genes.
3. Conducting research using the determination of molecular genetic and biochemical markers in the diagnosis of congenital pathology is a promising direction, since it can be used to search for congenital pathology, along with radiation research methods.Key words: molecular genetic markers, biochemical markers, diagnosis of congenital pathology.
- Кузнецов, C. Б., Михайловский М. В. Анализ генетических маркеров и обоснование их использова ния в определении предрасположенности к идиопатическому сколиозу (обзор литературы) // Международный журнал прикладных и фундоментальных исследований. – 2016. – T. 10, № 4, – С. 554–561.
- Кузнецов, С. В. Генетические маркеры идиопатического и врожденного сколиозов и диагноз предрасположенности к заболеванию: обзор литературы / С. В. Кузнецов, М. В. Михайловский, М. А. Садовой, А. В. Корель, Е. В. Мамонова // Хирургия позвоночника. – 2015. – Т. 12, № 1. – С. 27–35.
- Gregor, M. C. Common polymorphisms in human lysyl oxidase genes are not associated with the adolescent idiopathic sco-liosis phenotype / M. C. Gurnett, C. A. Dobbs [et al.] // BMC Med Genet. – 2011. – Vol. 12, № 2. – Р. 1186–1191.
- Miller, N. H. Linkage analysis of genetic loci for kyphoscoliosis on chromosomes 5p13, 13q13.3 and 13q32 / N. H. Miller, B. C. Marosy, C. M. Justice [et al.] // Am J Med Genet A. – 2006. – № 1. – P. 1059–1068.
- Miller, N. H. Genetic analysis of structural elastic fiber and collagen genes in familial adolescent idiopathic scoliosis / N. H. Miller, B. Mims, A. Child [et al.] // J Orthop Res. – 1996. – № 14. – P. 994–999.
- Рябых, С. О. Варианты сегментарной спинальной дизгенезии: обзор литературы и обственный опыт лечения / C. О. Рябых, О. М. Павлова, В. С. Климов // Гений ортопедии. – 2017. – Т. 23, № 2. – С. 220–226.
- Бейзель, Н. Ф. Атомно-абсорбционная спектрометрия: учеб. пособие. – Новосибирск: Новосиб. гос. ун-т, 2008.