<<
>>

Генетика и молекулярная биология колбочковых дистрофий

Колбочковые дистрофии и дисфункции являются генетически гетерогенной группой заболеваний. Наследственная природа макулярных дистрофий и типы их наследования установлены на основе результатов медикогенеалогических исследований по наличию нескольких больных в одной родословной еще до развития молекулярной генетики ^Богословский А,И.

и др., 1974; Krill А.Е., 1972]. Прогресс в генетических исследованиях позволил установить локализацию генов, ответственных за развитие этих заболеваний и в ряде случаев выявить их пусковые патофизиологические механизмы, формирующиеся при изменении структуры белков, кодируемых мутантными генами. Данные, полученные в генетических исследованиях, изменили некоторые существующие представления о патогенезе и типах наследования дистрофических заболеваний сетчатки.

представляется в настоящее время механизм развития дистрофического повреждения сетчатки? Наследуемые дефекты включают нарушения структуры наружных сегментов фоторецепторов, мутации белков на любом из этапов зрительного цикла, измене-

факторов транскрипции. По данным литературы, основные пусковые патогенетические механизмы кол бочковых дистрофий вызваны мутацией трех генов: ABCR (1р21 —13), CRX (19ql3.3) и GUCY2D (17р13-р12).

Как осуществляется зрительный цикл фототрансдукции в норме? Квант света поглощается молекулой родопсина (Р), которая локализована в фоторецепторной мембране диска наружного сегмента. После перестройки родопсина под действием света он приобретает способность взаимодействовать со следующим белком каскада — ГТФ-связывающим (ГТФ — гуанозин- трифосфат) белком трансдуцином, находящимся в фоторецепторе (Островский М.А., 2002].

Активированный трансдуцин активирует следующий белок — фермент фосфодиэстеразу (ФДЭ), который разрушает внутриклеточный передатчик — циклический гуанозинмоно- фосфат (цГМФ). Снижение концентрации свободного цГМФ в цитоплазме зрительной клетки приводит к блокированию ионных каналов в плазматической мембране.

Ионы натрия и кальция перестают входить внутрь клетки — наступает гиперполяризация. Гиперполяризационный электрический потенциал — физиологический фоторецепторный сигнал — передается в первом синапсе следующим биполярам и горизонтальным клеткам. В процессе восстановления темнового состояния фоторецептора происходит активация фермента гуанилатциклазы (ГЦ), который участвует в синтезе цГМФ из ГТФ. Повышение концентрации цГМФ в наружном сегменте фоторецептора приводит к связыванию плазматической мембраны с белком, и ионный канал переходит в открытое состояние. Вследствие этого ионы натрия и кальция вновь начинают входить в клетку по градиенту концентрации — происходит деполяризация мембраны зрительной клетки.

В зрительном цикле происходит фотопревращение родопсина, конечной фазой которого является освобождение ретиналя из белка. Ключевую роль в транспорте ретиналя из мембраны играет специальный белок — АТФ- связывающий кассетный переносчик ретиналя (ABCR). Через фоторецепторную мембрану ABCR в комплексе с фосфатвдилэтаноламином, одним из основных фосфолипидов фоторецепторной мембраны, переносит полностью свободный транс-ретиналь в цитоплазму наружного сегмента (Sun Н. et al., 1999]. В цитоплазме полностью свободный транс-ретиналь с помощью фермента дегидрогеназы превращается в полностью свободный транс-ретинол (витамин А), который переносится из фоторецепторной клетки в субретинальное межклеточное пространство, где он связывается со следующим белком зрительного цикла — межрецепторным ретинолсвязываюшим белком (1RBP), с помощью которого переносится в клетку пигментного эпителия.

Мутация гена, кодирующего синтез белка ABCR, сопровождается скоплением липофусциновых гранул в пигментном эпителии. Дефект белка ABCR обусловливает накопление ретиналя в фоторецепторной мембране диска и его химическое взаимодействие с одним из трех фосфолипидов — фосфатидилэтаноламином. Взаимодействие полностью свободного транс- ретиналя с одной и последовательно со второй молекулой приводит к образованию токсичного бис-ретинальфос- фатидилэтаноламина (А2ЕРЕ), который является предшественником еще более токсичного соединения — бис- ретин и л вде и ф ос фатиди л этан ол ам ина (pyridinium bisretinoid — А2Е) — основного флуорофора липофусциновых гранул.

Он повреждает наружную митохондриальную мембрану и запускает апоптоз клеток, а также выступает в качестве фотосенсибилизатора свободнорадикального повреждения клетки |Каламкаров Г.Р., Островский М.А., 2002; Островский М.А., 2002]. Избыточное накопление липофусциновых гранул и А2Е в пигментном эпителии определяет дистрофические изменения сетчатки.

Ген ABCR локализован на коротком плече 1-й хромосомы в локусе 21—13. Этот ген представляет собой ретиноспецифичный гликопротеин, встроенный в мембраны дисков наружных сегментов палочковых фоторецепторов и осуществляющий АТФ-зависимый

транспорт субстратов через мембраны дисков |AJIikmets R. et al., 1997; Azarian S.M., Travis G.H., 1997; Illing M. et al., 1997; Sun H., Nathan I, 1997; Azarian S.M. et al., 1998; Sun H. et al., 1999]. Он относится к суперсемейству белков АВС, осуществляющих гидролиз АТФ и посредством этого АТФ- зависимый трансмембрапный перенос субстратов. Эти белки обнаружены у большинства живых организмов — от бактерий до человека, у которых общее число белков АВС около 1100 [Gottes- man М.М., Ambudkar S.V., 2001J. У человека обнаружено 47 белков этого су- перссмейства, которые относятся к 7 подтипам [Effeith Т., 2001]. Мутации 14 генов, кодирующих белки этого суперсемейства, обнаружены при 13 генетически обусловленных заболеваниях: муковисцидозе, адренолейкодист- рофии, синдроме Дубина — Джонсона и др. Нарушения структуры белков этого суперсемейства являются причиной резистентности некоторых опухолей к химиотерапии [EfferthT., 2001; Gottesman М.М., Ambudkar S.V., 2001].

Му;. ; гена ABCR, описанного одним из первых в генетике заболеваний сетчатки, является причиной возникновения дистрофии Штаргардга - STGD1 [Hoyng С. et al., 1996; Allik- mets R. etal., 1997; Rozet J. etal., 1999; Zhang K. et al., 1999], аутосомно-ре- цессивный тип наследования которой был установлен задолго до появления моле кулярно-генетических методов диагностики [Hadden О.В., Gass J.D., 1976; Noble K.G., Carr R.E., 1979; AabergT.M., 1986].

Некоторые формы дистрофии сетчатки вызваны мутацией гена перифс- рина/родопсина (peripherin/RDS-гсн) в локусе 6р21.1 INakazawa M., І1-“М| Ген, ответственный за развитие колбочковой дистрофии с аутосомно-до-

минантным типом наследования, выявлен на участках 17р 12—р 13 и 6q25- q26 [Balciuniene J., 1995; Bird A., 1995; Small K.W., 1996], ген колбочковой дистрофии, сцепленной с Х-хромосо- мой, — на участке Хр21.1—рП.З [Jacobson S.G., 1989], другие гены локализованы на участках I9ql3.3—ql3.4 [Evans К., 1994]. 17р12-р13 [Kel-

sell R.E., 1997], 17qll и 18q21 [Warburg M. et al., 1991; Bird A., 1995].

Ген ABCR (ABCA4), локализованный в участке 1 p21 —p 13, первоначально считали ответственным только та возникновение формы дистрофии Штар- гардта с аутосомно-рецессивным типом наследования и желто-пятнистого глазного дна. Однако мутации этого гена обнаружены также при аутосом- но-рецессивной форме колбочковопалочковой дистрофии (CORD3) [Сге- mers F. et al., 1998], аутосомно-рецес- сивной форме пигментного ретинита (RP19) [Martinezmir A. et al., 199S; Rozet J.M. et al., 1999] и сухой форме макулярной дегенерации, связанной с возрастом (ARMD2) [Allikmets R. et al., 1997; Fuse N. et al., 20001, т.е. мутации гена ABCR могут обусловить различные фенотипические проявления дегенерации сетчатки с характерными для каждого из них клиническими и функциональными симптомами [Fukui Т. et а]., 2002]. Поданным A.Maugeri (2002), 1 из 54 человек в Европе и 1 из 121 в США является носителем патологического гена ABCR.

Мутация гена мембранной гуани- латциклазы 2D (GUCY2D>), расположенного в локусе 17р 13.1, обнаружена при колбочково-палочковой дистрофии (CORD6) [Kelsell R.E. et al., 1997] и амаврозе Лебсра I типа [Perraultet al.,

1996] . Мембранная гуанилатциклаза встроена в мембрану фоторецепторов и состоит из нескольких субъединиц. Функция ее заключается в контроле уровня внутриклеточного содержания цГМФ. Структурные и функциональные изменения гуанилатциклазы приводят к увеличению содержания' цГМФ в клетке и гибели фоторецепторов.

Мутация гена с А’Л 'локусе 19ql3.3 обнаружена при колбочково-палочкоВОЙ дистрофии (CORD2) [Evans К. еі аі., 1994; Papaioannou М. ct al., 1998], аутосомно-доминантном пигментном ретините [Sohocki М. et al., 1998] и амаврозе Лебера [Freund C.L. et al., 1998].

Функция белка CRX заключается в контроле развития и правильного созревания фотор сцеп торных клеток. Повышенная экспрессия белка CRX приводит к увеличению популяции палочек и уменьшению количества амак- риновых интернейронов и других промежуточных клеток. В фоторецепторах с экспрессией негативной формы CRX не формируются нормальные наружные сегменты и терминали. Предполагают, что CRX является специфичным для фоторецепторов фактором транскрипции и играет основную роль в дифференцировке фоторецепторных клеток.

Мутация гена — активатора гуани- латциклазы ІА (GUCA1A), локализую - щегося в локусе 6р21.1, была выявлена у 7 больных с аугосомно-доминантной формой колбочковой дистрофии, связанных единым генеалогическим древом [Payne A.M. et al., 1998]. Мутация заключалась в появлении у индивидуумов с колбочковой дистрофией мис- сенс-кодона а 319-й паре нуклеотидов (А => G) во 2-м экзоне GUCA1A. Эта замена приводит к экспрессии цистеина вместо тирозина в белке (Y99C). Мутация гена Y99C вызывает дегенерацию преимущественно колбочек.

Мутация 1 сііз (ііл ! .' і в локусе 6р21.1 оказывает выраженное влияние на структуру белка GCAP1, который относится к семейству Са2+-связываю- щих белков с EF-ветвями, так же как и кальмодулин, рековерин и кальций- неврин В. Различие в структуре этих белков сводится к принципиально разному строению EF3-ветви. У всех этих белков в положении 99 находятся ароматические аминокислоты, тирозин или фенилаланин, необходимые для формирования гидрофобного кармана. Незначительное изменение (замена тирозина на цистеин) приводит к разрыву гидрофобного кармана в EF3- ветви и как следствие к невозможности связывать Са2+ как минимум EF3-BeTBbK>. Это приводит к состоянию постоянной активности и функциональной несостоятельности белка GCAP1.

Делеции в гене GCAP1 вызывает повышение или понижение концентрации цГМФ. Мутация гена i

<< | >>
Источник: С.Э. Аветисов, Т.П. Кащенко, А.M. ПІамшинова. З рительные функции и их коррекция у детей: Руководство для врачей / Под ред. С.Э. Аветисова, Т.П. Кащенко, А.M. ПІамшиновой. — М.,2005. - 872 с: ил.. 2005

Еще по теме Генетика и молекулярная биология колбочковых дистрофий:

  1. ОГЛАВЛЕНИЕ
  2. Генетика и молекулярная биология колбочковых дистрофий