Лаборатория молекулярной цитогенетики нервно-психических заболеваний имени профессора C.Г.Ворсановой

Научная деятельность

1. Разработка новых высокоэффективных молекулярных и молекулярно-цитогенетических методов, включая высокоразрешающую серийную сравнительную геномную гибридизацию или молекулярное кариотипирование (arrayCGH, SNParray), многоцветовую флюоресцентную гибридизацию нуклеиновых кислот in situ (MFISH), многоцветовое дифференциальное окрашивание хромосом (МСВ), количественную оценку FISH сигналов (QFISH) для диагностики хромосомной и геномной патологии у детей с недифференцированными формами умственной отсталости, аутизма, эпилепсии, которые встречаются у детей с идиопатическими формами, а также с врожденными пороками и/или микроаномалиями развития для выявления сложных хромосомных (геномных) аномалий, в том числе микротранслокаций, микроделеций, микродупликаций.

2. Разработка биоинформатической технологии оценки результатов молекулярного кариотипирования для корректной интерпретации фенотипических последствий геномных вариаций в виде микроделеций/микродупликаций размером от 1000 пар нуклеотидов и внедрение его в педиатрическую практику.

3. Изучение молекулярного и молекулярно-цитогенетического полиморфизма хромосом, связанного с вариабельностью ДНК генома (нормальной и патологической изменчивостью генома) у детей с нарушением психомоторного развития с целью разработки и внедрения эффективных методов диагностики, в том числе доклинической, различных форм умственной отсталости, сцепленной с хромосомой Х.

4. Изучение возможной связи хромосомной (геномной) нестабильности и соматических вариаций генома с патогенезом нервно-психических заболеваний.

5. Картирование центромерных и сайтспецифичных космидных, ВАС, РАС и YАС ДНК зондов для диагностики хромосомных/геномных болезней, а также отдельных форм моногенных синдромов.

6. Изучение хромосомных вариантов с помощью цитогенетических и молекулярно-цитогенетических технологий и их связи с умственной отсталостью и аутизмом с врожденными пороками и микроаномалиями развития, а также у супружеских пар с нарушением репродуктивной функции.

7. Разработка молекулярно-цитогенетических методов с использованием интерфазных дифференцированных (неделящихся) клеток различных тканей

В результате этих исследований впервые в России успешно апробированы и внедрены высокоэффективные инновационные молекулярные технологии на основе молекулярного кариотипирования (технология с использованием ДНК-микрочипов) для диагностики микроделеций, микродупликаций и несбалансированных микротранслокаций при недифференцированных формах умственной отсталости и аутизма у детей. Проведена оценка диагностического потенциала и внедрен протокол диагностики недифференцированных форм умственной отсталости у детей с помощью молекулярного кариотипирования. Внедрение метода серийной сравнительной геномной гибридизации (молекулярного кариотипирования) позволило провести эффективную диагностику хромосомных синдромов и геномных аномалий у детей с недифференцированной умственной отсталостью, аутизмом и эпилепсией, которые ранее не имели диагноза.

Разработана и внедрена биоинформатическая технология оценки патогенности геномных перестроек, которая в значительной мере способствует внедрению методов in silico в медико-генетическую практику. Технология включает в себя анализ экспрессии генов с помощью анализа интерактомных и метаболомных баз данных. Для приоритетности генетических вариантов было проведено объединение геномных, эпигеномных, интерактомных и метаболомных данных. Преимуществом этой биоинформатической технологии является универсальность, или, точнее, отсутствие необходимости использования специального программного обеспечения. Молекулярно-цитогенетические методы полногеномного сканирования и хромосомного анализа соматических клеток в сочетании с биоинформатической оценкой транскриптомных и протеомных данных позволяют определить возможную причинно-следственную связь между соматическим мозаицизмом и немозаичными хромосомными/геномными перестройками. Это может способствовать выявлению корреляций генотип-фенотип и механизма болезни, а также развитию персонализированной молекулярной терапии.

Определены показания для проведения молекулярного кариотипирования при недифференцированных формах умственной отсталости: уточнение точек разрыва при структурных перестройках; определение происхождения маркерных хромосом; исключение/выявление геномных аномалий при нормальном кариотипе.

Разработаны принципы возможной дифференцированной персонифицированной терапевтической коррекции нарушений нервно-психического развития у детей и оригинальный алгоритм интерпретации данных геномного сканирования. Данные разработки позволяют определение механизмов патологии головного мозга у детей, и могут быть успешно использованы для молекулярной диагностики с последующей разработкой научно обоснованной индивидуальной терапии. Показано, что нестабильность генома может являться, как непосредственно причиной патологии центральной нервной системы, так и быть элементом патогенетического каскада, приводящего к нервно-психическим и нейродегенеративным болезням мозга у детей. В процессе исследования выявлена высокая частота соматических мутаций у детей с нарушением развития центральной нервной системы. С помощью биоинформатического анализа показано, что обнаруженные феномены являются механизмом нарушения развития центральной нервной системы у обследованных детей.

Возможность идентифицировать неизвестные ранее генетические и эпигенетические мутации у детей с недифференцированными формами умственной отсталости, аутизмом, эпилепсией, врожденными пороками и/или микроаномалиями развития с помощью молекулярного кариотипирования и биоинформатического анализа генома, способствует выявлению корреляций «генотип-фенотип» и определению механизмов болезни. Т.е. дифференцировать недифференцированные формы. Это даёт возможность врачам медико-генетических учреждений проводить квалифицированное медико-генетическое консультирование, диагностику, определять генетический прогноз, тактику «ведения» больного, возможную лечебную коррекцию, а в отдельных случаях проводить пренатальную диагностику в пораженных семьях, что приведёт к снижению частоты тяжелых форм наследственной патологии у детей.

В результате научно-исследовательской деятельности лаборатории за последние 20 лет впервые в мире было показано, что геномная (хромосомная) нестабильность является механизмом болезней мозга; впервые (в мире) исследованы хромосомные вариации в клетках головного мозга человека в норме и при нервно-психических заболеваниях; продемонстрирована возможность терапии хромосомных аномалий, которые медицинская общественность до сих пор считает неизлечимыми; выявлена онтогенетическая нестабильность генома на хромосомном уровне и показана её возможная связь с широким спектром заболеваний и со старением; предложены оригинальные подходы к системному анализу геномных и хромосомных вариаций и к молекулярной диагностике хромосомных аномалий и нестабильности. Обнаружены ранее неизвестные генетические/эпигенетические изменения, связанные с нарушением психики (в частности, соматический хромосомный мозаицизм в клетках головного мозга, потеря гетерозиготности в инмпринтированных участках генома/хромосом, «хромохелкозис» — ранее неизвестная форма хромосомной/геномной нестабильности).

Диагностические исследования лаборатории

• диагностика хромосомных/геномных аномалий и синдромов

• диагностика генетически обусловленных форм недифференцированной умственной отсталости у детей

• диагностика аутизма и ранней детской шизофрении, обусловленных нарушениями хромосомного/геномного набора

• диагностика микроаномалий генома у детей с умственной отсталостью и микроаномалиями развития

• диагностика отдельных моногенных синдромов

Заведующий отделом

История

Лаборатория молекулярной цитогенетики нервно-психических заболеваний основана в 1992 году. Аналогов ей не было ни только в России, но и в мире. Необходимость использования цитогенетической диагностики в педиатрической практике была сформулирована ведущими учёными-педиатрами, среди них, прежде всего, проф. Ю.Е. Вельтищев и проф. Ю.И. Барашнёв, который создал на базе руководимого им отделения клинической генетики группу цитогенетической диагностики, куда вошли старший научный сотрудник С.Г. Ворсанова и младший научный сотрудник И.А. Демидова. Именно С.Г. Ворсановой была сформулирована значимость молекулярной цитогенетики в диагностике наследственных нервных и психических заболеваний у детей, и академик Ю.Е. Вельтищев, первым из руководителей институтов, поддержал эту идею и добился открытия лаборатории молекулярной цитогенетики.

Развитию молекулярной цитогенетики в институте способствовали: 1) разработка оригинальных хромосомоспецифических ДНК зондов на все хромосомы и их участки, осуществляемая в Научном центре психического здоровья РАМН под руководством проф. Ю.Б. Юрова и при непосредственном активном участии сотрудников цитогенетической группы Московского НИИ педиатрии и детской хирургии; 2) разработка оригинальных молекулярно-цитогенетических технологий (радиоактивная и флюоресцентная гибридизации нуклеиновых кислот in situ – IISH и FISH), дающих возможность идентифицировать сложные аномалии генома и связанные с этими перестройками гены; 3) достижение определенных успехов в эффективной постнатальной диагностике наследственных форм умственной отсталости и врождённых пороков развития у детей.

Руководителем лаборатории, много сделавшим для ее становления, стала заслуженный деятель науки, доктор биологических наук, профессор Светлана Григорьевна Ворсанова. Впервые в мире и России во вновь созданной оригинальной по названию лаборатории были уже частично разработаны и стали внедряться в клиническую практику современные методы молекулярно-цитогенетической диагностики тяжелых социально значимых наследственных заболеваний.

Исследования лаборатории в 90-ые годы показали, что внедрение в практику здравоохранения разработанных современных методов молекулярно-цитогенетической диагностики позволило выявить причину в 25% случаев у детей с умственной отсталостью, врожденными пороками и микроаномалиями развития, связанных с хромосомными (геномными) аномалиями. Было показано, что, несмотря на всю значимость молекулярно-цитогенетических методов, они являются дополнительным к цитогенетическому этапу на пути к генетической диагностике. Но таким этапом, без которого уже не могут существовать современные клинико-цитогенетические лаборатории. Долгое время активно обсуждался вопрос о внедрении новых молекулярно-цитогенетических методов в практику медицинской генетики. Необходимость применения этих методов в диагностике стала заключительным этапом исследований лаборатории в обсуждении их применения, и сделала их доступными и применяемыми в мировой медицинской практике.

Другим направлением исследований лаборатории является изучение распространенности и эффекта хромосомных вариантов. При исследовании хромосомных вариантов была определена их частота в группе детей с недифференцированными формами умственной отсталости и у супружеских пар с нарушением репродуктивной функции. Определена группа риска, и выявлена повышенная частота хромосомных вариантов у детей, проживающих на экологически загрязненных территориях. Высказано предположение о связи повышенной частоты либо с адаптивными функциями организма, либо с эффектом положения генов.

Впервые лабораторией были разработаны и внедрены в клиническую практику методы диагностики, в том числе доклинической, моногенных синдромов, основанные на использовании эпигенетических феноменов, связанных со структурой и функцией хромосом, включая синдром Ретта – тяжелого нервно-дегенеративного заболевания с частотой 1 на 10000 девочек. Данный метод диагностики, по сравнению с другими молекулярными методами, был более эффективен, и составил 93%.

Молекулярно-цитогенетические методы, разработанные в лаборатории, были внедрены в различных регионах России и за рубежом, в том числе в Москве, Ростове-на-Дону, Сыктывкаре, в 10ти региональных медико-генетических центрах, в Украине (Киев и Харьков), в Казахстане (Уральск), в Чехии, Венгрии, Германии, Франции.

Созданная оригинальная коллекция хромосомоспецифических ДНК проб (зондов) на все хромосомы человека не уступала зарубежным аналогам и позволяла эффективно применять ее в целях диагностических и научных исследований. На 12ть наиболее часто используемых ДНК зондов из оригинальной коллекции получен целый ряд патентов на изобретения.

Патенты

• Юров Ю.Б., Александров И.А., Ворсанова С.Г. Рекомбинантная плазмидная ДНК pYAI10-40, предназначенная для маркирования X-хромосомы человека в метафазных и интерфазных клетках. Патент (Авторское свидетельство) № 1494724 (1991).
• Юров Ю.Б., Ворсанова С.Г., Яковлев A.Г. Рекомбинантная плазмидная ДНК альфа RI-7, предназначенная для маркирования 1-ой хромосомы человека. Патент № 1792429 (1993).
• Юров Ю.Б., Ворсанова С.Г., Александров И.А. Рекомбинантная плазмидная ДНК pYAIа 05 для маркирования третьей хромосомы человека. Патент № 2087533 (1997).
• Соловьев И.В., Юров Ю.Б., Ворсанова С.Г., Яковлев А.Г., Демидова И.А. Рекомбинантная плазмидная ДНК альфаR-6, предназначенная для маркирования 13 и 21-хромосом человека. Патент № 2087534 (1995).
• Юров Ю.Б., Ворсанова С.Г., Александров И.А. Рекомбинантная плазмидная ДНК pYAI 960, предназначенная для маркирования 18-й хромосомы человека. Патент № 2161199 (2000).
• Юров Ю.Б., Соловьев И.В., Ворсанова С.Г., Александров И.А., Демидова И.А. Набор рекомбинантных плазмидных ДНК pYAI 11-19, pYAI 2-45, pYS 37 и pYAI 7-29 для определения происхождения добавочных или маркерных (мини-) хромосом человека. Патент № 2200761 (2002).
• Юров Ю.Б., Яковлев А.Г., Ворсанова С.Г. Соловьев И.В. Рекомбинантная плазмидная ДНК альфа R-12, предназначенная для маркирования 6-ой хромосомы человека в метафазных и интерфазных клетках. Патент №2265060 (2004).
• Юров Ю.Б., Александров И.А., Ворсанова С.Г. Соловьев И.В. Рекомбинантная плазмидная ДНК pYA11-39, предназначенная для маркирования 4-ой и 9-ой хромосом человека в метафазных и интерфазных клетках. Патент № 2325441 (2008).
• Юров Ю.Б., Александров И.А., Соловьев И.В., Юров И.Ю., Ворсанова С.Г. Рекомбинантная плазмидная ДНК альфа R1-13, предназначенная для маркирования 7-ой хромосомы человека в метафазных и интерфазных клетках. Патент RU № 2425890 (2011).

Наши учителя

Ворсанова Светлана Григорьевна

Заведующая лабораторией
Заслуженный деятель науки РФ, доктор биологических наук, профессор, академик РАЕ, заслуженный работник здравоохранения России, отличник здравоохранения, действительный член Нью-Йоркской Академии наук, член редколлегии журнала «Современные проблемы науки и образования», член редколлегий многих международных научных журналов, в том числе «Молекулярная цитогенетика» (“Molecular Cytogenetics”, Impact factor = 1,408, BioMed Central and Springer Verlag), «Журнал детской неврологии» (“Journal of Pediatric Neurology”), “World Journal of Pediatry”, “Journal of Pediatric Neuroradiology”, “Journal of Medical Case Report”, “Journal of Medicine and Medical Sciences”. Лауреат национальной премии «За выдающиеся достижения в развитии отечественной науки», РАЕ; лауреат премии РАМН им. В.М. Бехтерева в области психиатрии «Нейрогеномика: этиология, патогенез и поиск новых биологических маркеров нервных и психических болезней»; лауреат премии А.А. Киселя за большой вклад в развитие отечественной педиатрии; лауреат специальной международной премии в области медицины «За выдающийся вклад в науку в области медицины» (в виде диплома и статуэтки SciVal/Scopus Award Russia 2012) Scopus Award Russia 2012 совместно с Российским фондом фундаментальных исследований; лауреат премий в конкурсах «Лучшие научно-исследовательские работы» ФГАОУ ВО РНИМУ им. Н.И.Пирогова Минздрава России; имеет Почетное звание основатель научной школы «Медицинская и молекулярная цитогенетика»; за свой труд награждена орденом «Labore et scientia – Трудом и знанием»; медалью имени А. Нобеля за вклад в развитие изобретательства; медалью имени В.Н. Вернадского «За успехи в развитии отечественной науки»; медалью имени Н.И. Вавилова за выдающиеся работы в области генетики, селекции и растениеводства; памятной медалью им. академика Ю.Е. Вельтищева за личный вклад в развитие научных направлений и многолетнюю добросовестную работу в НИКИ педиатрии им. академика Ю.Е. Вельтищева; памятной медалью им. профессора Ю.Б. Юрова «За вклад в развитие медицинской геномики и цитогеномики»; медалью и почетной грамотой «За вклад в развитие и внедрение молекулярной медицины в Российской Федерации»; медалью им. Сократа, как подтверждение общественного признания заслуг за научную работу, опубликованную в течение последних 10 лет, на основании решения департамента «Европейского научно-промышленного консорциума»; Серебряным знаком за большой вклад в развитие генетики психических заболеваний детей и подростков.
Индекс Хирша (по Scopus) 30
Индекс по Google 43/6388
Индекс по eLibrary(РИНЦ) 35/4385