6. Konferencja pt.: „Diagnostyka genetyczna niedosłuchów”

Wykład dr hab. Moniki Ołdak, prof. IFPS, kierownika Zakładu Genetyki Instytutu Fizjologii i Patologii Słuchu

Niedosłuch jest jedną z najczęstszych chorób narządów zmysłów w krajach rozwiniętych. Rozpoczynając poszukiwania jego genetycznych przyczyn u pacjenta, musimy zidentyfikować jego rodzaj (przewodzeniowy, odbiorczy, mieszany). Istnieją bowiem określone geny związane z określonymi typami niedosłuchów. Ważną dla genetyków informacją jest wiek, w którym pojawił się niedosłuch – czy jest to niedosłuch prelingwalny (wystąpił przed ukończeniem 2.–3. roku życia), niedosłuch perylingwalny (wstąpił w okresie 2.–3. – 6.–.7 roku życia) czy postlingwalny (wystąpił po 6.–7. roku życia). Istotne, czy ma on charakter postępujący czy stabilny, a także, jakich dotyczy częstotliwości (czy występuje w zakresie wszystkich częstotliwości, dotyczy tylko niskich czy też wysokich częstotliwości) oraz jaki jest stopień niedosłuchu. Ważne jest też ustalenie, czy niedosłuch jest izolowany, czyli bez objawów towarzyszących, czy też jest on jednym z objawów zespołów uwarunkowanych genetycznie, a takich zespołów związanych z niedosłuchem wyróżnia się ok. 400.

Warto pamiętać, że niedosłuch wrodzony nie zawsze musi mieć podłoże genetyczne. Nie tylko geny mają bowiem wpływ na powstawanie zaburzeń słuchu, duża rolę odgrywają także czynniki środowiskowe – zwłaszcza infekcje i leki. Z drugiej jednak strony niedosłuch, który rozwinął się u osoby dorosłej, tzw. niedosłuch o późnym początku, pojawiający się nieraz nawet w czwartej dekadzie życia, nie musi być spowodowany czynnikami środowiskowymi.

 Niedosłuch izolowany bez towarzyszących zaburzeń ze strony innych układów i narządów może być wywołany mutacjami zarówno w DNA jądrowym, jak i mitochondrialnym. W jądrze komórkowym na każdym chromosomie może występować kilka lub kilkanaście genów, które mogą prowadzić do niedosłuchu. Ich umiejscowienie jest określane jako tzw. loci i oznaczane jako DNF (ang. deafness). Opisano loci 70 genów związanych z niedosłuchem recesywnym, 50 genów związanych z niedosłuchem dominującym, 5 genów zlokalizowanych w obrębie chromosomu X, 1 na chromosomie Y i 3 genów w obrębie genomu mitochondrialnego. Według ostatnich doniesień także uszkodzenia pojedynczych cząsteczek mikroRNA mogą prowadzić do wystąpienia niedosłuchu.

Znamy tylko część genów związanych z niedosłuchem. Według Międzynarodowego Konsorcjum Fenotypowania Myszy genów biorących udział w procesie słyszenia, powiązanych także z niedosłuchem, może być ok. 1000. Prowadzone są więc dalsze poszukiwania wariantów sprawczych, w których bierze się pod uwagę:

warianty pojedynczych nukleotydów (SNV) – zamieniony nukleotyd w sekwencji DNA może doprowadzić do zamiany aminokwasu w sekwencji białka albo do przedwczesnego zakończenia translacji (proces biosyntezy białek na matrycy mRNA, w wyniku którego dochodzi do ostatecznego przetłumaczenia informacji genetycznej z DNA na sekwencję aminokwasów w łańcuchu polipeptydowym zgodnie z kodem genetycznym) oraz powstania skróconego białka,

małe insercje lub małe delecje – nieduży ubytek w sekwencji DNA bądź dodanie dodatkowych liter kodu genetycznego,

warianty liczby kopii (ang. copy number variation, CNV) – zmiany obejmujące więcej niż 50 par zasad, zwiększenie liczby lub utrata pewnych segmentów DNA – odpowiednio – poprzez ich duplikację lub delecję.

Badania dotyczące genetycznego podłoża niedosłuchu komplikuje fakt, że pojedynczy gen, zależnie od typu uszkodzenia, może prowadzić do niedosłuchu izolowanego albo niedosłuchu w zespole chorób, który dziedziczy się jak cecha recesywna albo dominująca. Dlatego interpretacja nowo znalezionej zmiany genetycznej jest niezwykle trudna – nie wiadomo bowiem, czy jest to zmiana sprawcza, czy jest ona wystarczająco „silna”, aby występując w jednej tylko kopii spowodować chorobę, czy też jest to zmiana, która powoduje genetycznie uwarunkowany zespół, ale cechy tego zespołu są bardzo subtelne i niezauważalne, czy też – co zawsze należy brać pod uwagę – jest to fałszywy trop i za występujący niedosłuch odpowiedzialne jest zupełnie inne uszkodzenie. Tak więc, jeśli wykrywamy nowe zmiany w genach, mamy duży problem z ich interpretacją.

U pacjentów z niedosłuchem najczęściej identyfikujemy zmiany w genie GJB2, atakże GJB6, kodujące białka koneksyny (białka te wbudowują się w błonę komórkową, tworząc kanały, niezbędne do prawidłowego krążenia jonów w ślimaku). W populacji polskiej najczęściej występują zmiany w genie GJB2, a dokładniej delecja jednej guaniny c.35delG. Aż 3 na 100 osób nie mających problemów ze słuchem są nosicielami takiej zmiany. Chociaż w naszej populacji są też inne często występujące mutacje. Jeszcze inne występują często w innych populacjach (c.167delT wśród Żydów aszkenazyjskich, c.235delC – w Japonii i Chinach, c.427C>T – w Afryce). Chociaż gen GJB2 jest genem bardzo małym, opisano w nim aż kilkaset różnych zmian. Niedosłuchy wywołane mutacjami tego genu mają zwykle początek w okresie prelingwalnym, mają charakter lekki do głębokiego i zwykle dotyczą wszystkich częstotliwości.

Niedosłuch może być skutkiem zaburzeń struktury i funkcji białka kodowanego przez gen GJB2 lub ekspresji genu GJB2, ale może być także konsekwencją dziedziczenia mutacji w dwóch genach – GJB2GJB6. Te dwa geny są położone w chromosomie 13. blisko siebie (35 tys. par liter kodu genetycznego). W regionie obejmującym gen GJB6 identyfikowane są duże ubytki (delecje). Najprawdopodobniej to nie sam gen GJB6, lecz wypadnięcie fragmentu DNA oddzielającego obydwa geny zaburza funkcjonowanie genu GJB2 i to właśnie może być przyczyną niedosłuchu.

Ostatnio przedmiotem intensywnych badań są warianty liczby kopii, czyli zmiany obejmujące więcej niż 50 par zasad. Warto zwrócić uwagę, że podobnie jak zmiany pojedynczych liter kodu genetycznego, warianty liczby kopii stanowią bardzo ważną część zmienności osobniczej. Rearanżacje obszarów genów o rozmiarze powyżej 50 par zasad nie tylko powodują choroby, ale są także odpowiedzialne za różnice pomiędzy poszczególnymi osobami. Obejmują 12–15 proc. genomu. Badania wskazują na to, że odgrywają one ważną rolę w powstawaniu niedosłuchów – są wykrywane u blisko 15 proc. pacjentów mających problemy ze słuchem. Dlatego sugeruje się, aby w ramach diagnostyki genetycznych przyczyn niedosłuchów wykonywać badania także pod kątem wariantów liczby kopii.

Genem, w którym często wykrywa się warianty liczby kopii – obszerne delecje obejmujące ten gen lub duplikacje – jest STRC. To gen, który jako drugi po GJB2 odpowiada za niedosłuch w populacji kaukaskiej. STRC koduje białko stereocylinę, ma ekspresję w komórkach ślimaka, jest dziedziczony w modelu recesywnym (obie kopie tego genu muszą być uszkodzone, żeby doszło do ujawniania się niedosłuchu). Powoduje niedosłuch izolowany rozpoczynający się głównie w pierwszej dekadzie życia, postępujący z wiekiem. Jeśli delecja występująca dotycząca genu STRC obejmie dodatkowo położony obok gen CATSPER2, to u mężczyzn dochodzi do zespołu głuchoty i niepłodności. Diagnostykę uszkodzeń tego genu komplikuje fakt, że istnieje tzw. pseudogen STRC, czyli identyczna w 99 proc. z tym genem nieaktywna jego kopia. Ażeby nie pomylić struktury genu i pseudogenu, musimy dokładnie dopasować metody badawcze.

Geny odpowiadające za niedosłuch dziedziczony w sposób recesywny

Za niedosłuch recesywny często odpowiada gen MYO15A, kodujący miozynę 15A. To bardzo duży gen składający się z 66 eksonów, dlatego jego badanie stało się możliwe dopiero po wprowadzeniu nowych metod sekwencjonowania. Nieprawidłowe funkcjonowanie MYO15A powoduje zmiany w stereociliach (modyfikacje wierzchołkowe) komórek rząsatych i w konsekwencji zaburzenia w ślimaku na etapie zamiany fali mechanicznej na sygnał elektryczny. Szczególnie wysoki odsetek osób z uszkodzeniami tego genu jest raportowany w północnym rejonie Bali w miejscowości Bengkala, nazywanej „wioską głuchych, gdyż na 3 tys. mieszkańców ponad 40 cierpi z powodu głuchoty. Ta grupa wykształciła swój własny język migowy – Kata Kolok.

Innym genem zaangażowanym w powstawanie niedosłuchu recesywnego jest gen OTOF kodujący otoferlinę. To pierwszy gen, dla którego podejmuje się próby opracowania terapii genowej. W odróżnieniu od białka miozyny, obecnego w wierzchołkach komórek słuchowych w stereociliach, otoferlina znajduje się u podstawy tych komórek. Jej funkcja nie jest dobrze poznana. Wiadomo, że jest zakotwiczona w błonie komórkowej i uczestniczy w wiązaniu jonów wapnia. Uszkodzenia w genie OTOF prowadzą do neuropatii słuchowej, tzw. neuropatii presynaptycznej, ponieważ dotyczy ona komórki słuchowej przed synapsą z zakończeniami nerwowymi.

Geny odpowiadające za niedosłuch dziedziczony w sposób autosomalny dominujący

Ten typ niedosłuchu częściej występuje postlingwalnie i rozwija się u dorosłych, często ma też charakter postępujący. W jego powstawanie zaangażowanych jest ponad 50 różnych genów, w tym geny GJB2GJB6. W grupie 13 tysięcy pacjentów Zakładu Genetyki IFPS z niedosłuchem u zaledwie dwóch przyczyną niedosłuchu dziedziczonego w sposób autosomalny dominujący są właśnie zmiany w obrębie tych genów. W naszej praktyce częściej spotykamy uszkodzenia w genach:

COCH (gen kochliny) – powoduje niedosłuch postlingwalny, postępujący, uniemożliwiający słyszenie głównie wysokich tonów,

MYO6 – kodujący miozynę 6,

KCNQ – kodujący kanal potasowy, także odpowiedzialny za postępujący niedołuch głównie wysokich tonów

WFS1 – kodujący wolframinę odpowiedzialny za niedosłuch głównie w zakresie niskich częstotliwości.

Geny odpowiedzialne za niedosłuch sprzężony z chromosomem X

W naszych warunkach stosunkowo często występują warianty patogenne genu POU3F4. Spowodowanemu przez ten wariant niedosłuchowi towarzyszy charakterystyczny obraz radiologiczny – radiolodzy opisują go jako malformacja ucha wewnętrznego typu IP3. Wszystkich pacjentów z takim opisem można bez wahania kierować na diagnostykę genetyczną ukierunkowaną na gen POU3F4.

Zespoły genetyczne związane z niedosłuchem

Zespół Waardenburga – u pacjentów z tym zespołem oprócz niedosłuchu charakterystyczne są zaburzenia pigmentacji – białe pasmo włosów, przedwczesne siwienie, różny kolor tęczówek lub bardzo jasne niebieskie tęczówki, hipopigmentacja skóry. Defekt leży bowiem w komórkach barwnikowych występujących w skórze, włosach, narządzie wzroku, ale także w prążku naczyniowym w ślimaku. Dlatego jednym z objawów tego zespołu jest niedosłuch.

Zespół skrzelowo-uszno-nerkowy – oprócz niedosłuchu mogą występować m.in. wady układu moczowego, wady ucha zewnętrznego i przetoki szyjne lub torbiele boczne szyi.

Zespół Sticklera – czasem trudny do zdiagnozowania, spowodowany uszkodzeniem genów kodujących kolagen. Oprócz niedosłuchu występuje wysoka krótkowzroczność, zaćma, nawracające odwarstwienia siatkówki, a także zmiany układu szkieletowego i problemy ze stawami, a także rozszczep podniebienia i niedorozwój środkowej części twarzy, choć nie musi on być bardzo widoczny.

Neurofibromatoza 2 – rzadka choroba onkologiczna rozwijająca się na skutek uszkodzenia genu NF2 kodującego merlinę, w przebiegu której tworzą się guzy nerwu przedsionkowo-ślimakowego i innych nerwów czaszkowych i obwodowych, oponiaki, wyściółczaki i gwiaździaki. Choroba ma 50-proc. ryzyko przekazania potomstwu.

Zespół Ushera – charakteryzuje się uszkodzeniem słuchu (niedosłuch obustronny zmysłowo-nerwowy) oraz postępującą dysfunkcją narządu wzroku (zwyrodnienie barwnikowe siatkówki, powodujące zawężenie pola widzenia), w pierwszych dwóch latach życia może być obserwowany opóźniony rozwój ruchowy. Może jednak ujawniać się w różnym wieku.

Zespół Perraulta – uszkodzenia występują w kilku genach. U chłopców ich skutkiem jest tylko niedosłuch, natomiast u kobiet także dysfunkcja jajników (dysgenezja gonad i pierwotny brak miesiączki lub przedwczesne wygasanie czynności jajników).

Zespół Jervella i Lange-Nielsena jest spowodowany dysfunkcją genów kodujących kanały potasowe, dlatego oprócz niedosłuchu występują zaburzenia rytmu serca. Ten zespół można np. podejrzewać u dziecka, jeśli z powodu stresu, emocji czy wysiłku fizycznego dochodzi u niego do utraty przytomności.

Zespół Alporta sprzężony z chromosomem X – oprócz niedosłuchu zmysłowo-nerwowego o różnym stopniu nasilenia ujawniającym się po 10. roku życia występuje postępujące kłębuszkowe zapalenie nerek, które może prowadzić do niewydolności tego narządu i choroby oczu.

Uszkodzenia mitochondrialnego DNA

Mogą prowadzić do niedosłuchów izolowanych, przyczyniać się do rozwoju niedosłuchu po podaniu leków, np. aminoglikozydów, ale także do ujawnienia się zespołów mitochondrialnych, których jedną z cech jest niedosłuch, a ponadto chorób obejmujących głównie układ nerwowy (bo jest on bardzo wymagający pod względem energetycznym) i gruczoły wydzielania wewnętrznego.

Niedosłuch uwarunkowany wieloma czynnikami – genami i czynnikami środowiskowymi

Otoskleroza, czyli nieprawidłowy rozrost tkanki kostnej w obrębie ucha środkowego prowadzący do unieruchomienia strzemiączka i zaburzenia przewodzenia dźwięków. Częściej występuje u kobiet. Mimo intensywnych badań z udziałem rodzin dotkniętych tą chorobą nie udało się znaleźć genów powiązanych z rozwojem otosklerozy.

Niedosłuch związany z wiekiem (presbyacusis) – genetycy biorą pod lupę geny powiązane z dziedziczeniem dominującym powodujące niedosłuch postlingwalny i postępujący oraz geny, których produkty są zaangażowane w stres oksydacyjny w komórce, związane z dysfunkcją mitochondriów, ale także te związane z procesami starzenia i neurodegeneracją.

Badania nad niedosłuchem uwarunkowanym wieloma czynnikami dotyczą dużych grup pacjentów, ale na razie mają charakter naukowy, a ich wyniki nie są jeszcze stosowane w praktyce klinicznej.