Описание исследования
Гены – это сегменты ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты), содержащие информацию для кодирования определенных белков, которые функционируют в клетках организма. Гены находятся в хромосомах, расположенных в ядре клетки. Одна хромосома содержит сотни тысяч генов. В зависимости от кодируемого белка, гены имеют разные размеры.
ДНК – это клеточный генетический материал, который содержится в ядрах, а также митохондриях клеток (сферических или эллипсоидных органеллах, осуществляющих преобразование питательных веществ в полезную энергию с использованием молекул кислорода). ДНК представляет собой длинную полимерную (состоящую из мономерных, соединенных между собой звеньев) молекулу, имеющую форму двойной спирали и напоминающую винтовую лестницу. Нити ДНК состоят из молекул сахара (дезоксирибозы) и фосфатов, скрепленные между собой парами из четырех молекул, образующих как бы «ступени» лестницы. В ступенях посредством водородной связи попарно соединяются основания (аденин с тимином, гуанин – с цитозином). Ген представляет собой упорядоченную последовательность таких оснований, которые осуществляют кодировку строительного материала белков – аминокислот (основания упорядочены в группы по три в каждой (триплеты)). Например, последовательность гуанин-тимин-тимин кодирует добавление 2-амино-3-метилбутановой кислоты (валина), гуанин-цитозин-тимин – 2-аминопропановой кислоты (аланина).
Преобразование и считывание генетической информации происходит в результате двух процессов – транскрипции и трансляции. Транскрипция – процесс преобразования информации, закодированной в ДНК, в РНК (рибонуклеиновую кислоту). РНК структурой похожа на ДНК, она также состоит из длинной цепи оснований и содержит кодированную триплетами информацию. Разница между двумя кислотами заключается в замене основания ДНК тимин на основание РНК урацил.
При транскрипции происходит раскрытие и раскручивание части двойной спирали ДНК. Одна из ее нитей выступает в роли матрицы для образования комплементарной (дополнительной) нити РНК. Комплементарная нить получила название информационной РНК (и-РНК). Она отделяется от ДНК, и, выходя за пределы ядра, попадает в цитоплазму (полужидкую среду, заполняющую всю клетку, кроме ядра). В цитоплазме и-РНК соединяется со структурным элементом клетки, осуществляющим продукцию белка – рибосомой.
Процесс трансляции представляет собой передачу рибосоме кода и-РНК, полученного от ДНК, сообщающего ей последовательность и тип связываемых друг с другом аминокислот. Доставку аминокислот в рибосому осуществляют транспортные РНК (т-РНК) – каждая молекула т-РНК доставляет по одной аминокислоте.
Воспроизведение клеток в организме происходит путем деления материнской на две дочерние, каждая из которых должна получить полный набор содержащейся в ДНК генетической информации. Для этого молекула ДНК материнской клетки должна в процессе деления воспроизвести свою копию. Этот процесс называется репликация. Данный процесс аналогичен транскрипции, с той разницей, что вся молекула ДНК раскручивается, а ее нити разделяются. После этого основания каждой нити связываются со свободно перемещающимися неподалёку комплементарными азотистыми основаниями, образуя пары А (аденин) с Т (тимином) и Г (гуанин) с Ц (цитозином). После завершения процесса получается две идентичные двуниточные молекулы ДНК.
Процесс репликации не застрахован от ошибок. Для их предотвращения в клетках заложена опция «проверочного считывания», которая позволяет убедиться в правильности составления пар. Кроме того, клетка обладает химическими механизмами ремонта скопированной с ошибкой ДНК. Однако участие в синтезе белка огромного количества пар оснований и сложность процесса его производства, приводит к ошибкам. Причина их возникновения может быть очевидной – например, воздействие внешних факторов (лекарственных препаратов, облучения, вирусов) или неизвестной. У большинства людей достаточно часто наблюдается присутствие в ДНК незначительных ошибок, которые в дальнейшем не оказывают влияния на последующее копирование генов. Но известны случаи, когда последующие копии генов также содержат ошибки. Повторяющаяся в последующих копиях гена ошибка называется мутацией.
Мутации могут быть врожденные и приобретенные. Врожденные мутации – это те, которые передаются по наследству. Передаваться могут только те мутации, которые затрагивают клетки, участвующие в репродуктивном процессе (яйцеклетку или сперматозоиды). Мутации не репродуктивных клеток могут впоследствии вызвать перерождение мутировавших клеток в злокачественные, но это не передается потомкам.
Мутации могут быть «семейными» или уникальными для определенного человека, поражать малые или большие сегменты ДНК. Размер и расположение мутировавшего гена определяет тяжесть последствий ошибки. Ее влияние может быть практически незаметным. Некоторые мутации, вызывающие нарушение последовательности аминокислот в белке или уменьшение синтезируемого белка, могут привести к изменению или полному отсутствию его функциональности. Отсутствие или нефункциональность белка может стать причиной значительных нарушений в организме, а в некоторых случаях даже привести к летальному исходу.
Данный тест предназначен для выявления мутации в 12-м экзоне (участке гена, несущем информацию о первичной структуре белка) JAK2 гена. В организме человека ген JAK2 кодирует белки, обладающие тирозинкиназной активностью.
Тирозинкиназы (тирозин-специфичные протеинкиназе) – это ферменты подкласса протеинкиназ, группы киназ. В их задачи входит:
- ускорение переноса фосфатного остатка от АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты – универсального источника энергии для всех биохимических процессов, протекающих в живых системах) на тирозиновый остаток специфических клеточных белков-мишеней;
- регулирование роста и дифференцировки клеток;
- регулирование апоптоза (программируемой гибели клеток).
Янус-киназа (JAK2) – это тирозинкиназа, синтезируемая печенью. Она является промежуточным звеном между сигнальными молекулами (например, интерфероном, факторами роста, пролактином, интерлейкинами) и мембранными рецепторами клеток. При образовании связи информационных молекул с рецепторами JAK2 на поверхности клеток, происходит активация (фосфолирирование) янус-киназ (химическое присоединение фосфорильной группы (PO 3-)). После этого последовательно активируются белки семейства STAT, которые, проникая в ядро клетки, передают сигналы о размножении, дифференцировке клеток-предшественников гемопоэтического ряда, оказывая тем самым влияние на кроветворную систему.
Исследование мутаций гена JAK2 проводится для выявления Ph-негативных миелопролиферативных заболеваний - ряда злокачественных патологий системы кроветворения, происходящих из одной мутировавшей клетки, которая является предшественницей образования, развития и созревания клеток крови — лейкоцитов, эритроцитов, тромбоцитов. Все они характеризуются пролиферацией в области костного мозга. К миелопролиферативным заболеваниям, диагностируемым в рамках данного теста, относятся:
- истинная полицитемия;
- эссенциальная тромбоцитемия;
- идиопатический миелофиброз.
Истинная полицитемия – это хроническое миелопролиферативное заболевание, при котором из-за болезни стволовой (материнской) клетки крови образуетсяя опухоль из ее потомков. Характерной особенностью данного заболевания является увеличение количества всех клеток крови: лейкоцитов, тромбоцитов, но особенно эритроцитов. При истинной полицитемии концентрация гемоглобина у мужчин превышает 185 г/л, у женщин – 165 г/л.
Следствием длительной пролиферации гемопоэтческих клеток может являться замещение дееспособного костного мозга коллагеновыми волокнами и развитие вторичного постполицитемического миелофиброза. У некоторых пациентов патология прогрессирует дальше, следствием чего может стать развитие бластной трансформации.
На ранних стадиях заболевание может не проявляться. По мере развития патологии у пациента наблюдается повышение артериального давления, головные боли, недомогание, тошнота. Из-за высокого уровня гемоглобина кожа лица становится красной. После принятия ванны или душа отмечается кожный зуд. Накопление на поздних стадиях патологии в селезенке и печени опухолевых клеток становится причиной их увеличения.
Эссенциальная тромбоцитемия – это хроническое миелопролиферативное заболевание, при котором из-за болезни стволовой (материнской) клетки крови появляется опухоль из ее потомков. При эссенциальной тромбоцитемии увеличивается число тромбоцитов, что чревато спонтанным образованием сгустков крови, закупоркой мелких кровеносных сосудов, а впоследствии – развитием тромбозов, инфарктов, инсультов.
В остановке кровотечений наряду с тромбоцитами участвуют синтезируемые печенью особые молекулы. При повышении уровня тромбоцитов более 1500 в мкл, этих молекул не хватает и возникает обратный риск – развитие кровотечения.
Диагноз «эссенциальная тромбоцитемия» ставится при стойком продолжительном повышении уровня тромбоцитов в крови и наличии характерных изменений в костном мозге.
Идиопатический миелофиброз – хроническое миелопролиферативное заболевание, причиной развития которого также является патология стволовой клетки. Характерная особенность заболевания – увеличение количества всех видов клеток крови (эритроцитов, лейкоцитов, тромбоцитов), а также неконтролируемое разрастание клеток фиброзной ткани, выполняющей в здоровом костном мозге вспомогательную функцию. Результатом этого становится вытеснение материнских клеток из костного мозга. Здоровые клетки не могут жить вне кости, но патологические вполне способны на «переселение». Они обосновываются в печени и селезенке, что вызывает увеличение их размеров. Кроме того, повышение количества тромбоцитов и уровня гемоглобина является фактором риска для развития тромбозов.
Болезнь на ранних стадиях может проходить бессимптомно. По мере прогрессирования заболевания наблюдается снижение веса, начинается кожный зуд, повышается потливость, появляются слабость, боли в костях, тяжесть в подреберьях. В клиническом анализе крови патология первоначально проявляется повышением уровня тромбоцитов, гемоглобина и лейкоцитов. В дальнейшем концентрация гемоглобина, а потом и тромбоцитов может снижаться, только высокий уровень лейкоцитов сохраняется на протяжении всей болезни.
Главным показателем наличия хронических миелопролиферативных заболеваний является мутация V617F в гене JAK2 (обнаруживаются у 95% больных). Если она отсутствует, то признаком злокачественного поражения системы кроветворения являются множественные приобретенные мутации в 12-м экзоне гена JAK2 (по разным данным они обнаруживаются в 1-4% случаев). Мутации обоих типов вызывают усиление сигнала от янус-киназы, вследствие чего и происходит избыточное образование клеток. Первопричиной патологии является образование дефекта в стволовой кроветворной клетке, в которой затем происходит соматическая мутация в гене янус-киназы 2. Активирование геном JAK2 белков сигнальных путей, оказывающих воздействие на образование и созревание клеток-предшественников, приводит в результате к пролиферации миелоидных ростков кроветворения (увеличению числа клеток одного или нескольких ростков кроветворения). Показанием к проведению исследования является устойчивое (более 2 месяцев) изменение показателей в клиническом анализе крови:
- повышение уровня гемоглобина;
- повышение гематокрита (процентного содержания форменных элементов крови в ее общем объеме);
- эритроцитоз (аномальное повышение концентрации в крови эритроцитов с одновременным повышением уровня гемоглобина и гематокрита);
- повышение концентрации тромбоцитов;
- повышение содержания лейкоцитов.
Для дифференциальной диагностики миелопролиферативных заболеваний проводятся комплексные исследования: цитологическое, гистологическое, инструментальное (УЗИ/КТ) и пр.
