Шеремет Н.Л.

ФГБУ "НИИ глазных болезней" РАМН

Грушкэ И.Г.

ФГБНУ «НИИ глазных болезней», ул. Россолимо, 11, А, Б, Москва, Россия, 119021

Жоржоладзе Н.В.

ФГБУ "НИИ глазных болезней" РАМН

Танас А.С.

ФГБНУ «Медико-генетический научный центр», ул. Москворечье, 1, Москва, Россия, 115478

Стрельников В.В.

ФГБНУ «Медико-генетический научный центр», ул. Москворечье, 1, Москва, Российская Федерация, 115478

Наследственные заболевания сетчатки при мутациях гена ABCA4

Журнал: Вестник офтальмологии. 2018;134(4): 68-73

Просмотров : 166

Загрузок : 3

Как цитировать

Шеремет Н. Л., Грушкэ И. Г., Жоржоладзе Н. В., Танас А. С., Стрельников В. В. Наследственные заболевания сетчатки при мутациях гена ABCA4. Вестник офтальмологии. 2018;134(4):68-73. https://doi.org/10.17116/oftalma201813404168

Авторы:

Шеремет Н.Л.

ФГБУ "НИИ глазных болезней" РАМН

Все авторы (5)

Наследственные заболевания сетчатки (НЗС) — клинически и генетически гетерогенная группа заболеваний, которые в 20% случаев являются причиной слепоты и слабовидения у людей моложе 20 лет [1]. По данным ВОЗ, на 2010 г. в мире насчитывалось 314 млн слепых и слабовидящих, из них более 2 млн человек в результате НЗС.

На сегодняшний день идентифицировано более 256 генов, ассоциированных с различными формами НЗС [2]. Открытие генов, обусловливающих развитие наследственных дистрофий сетчатки, позволило расширить понимание патогенеза заболеваний и с определенной долей оптимизма взглянуть на возможности профилактики и лечения, в том числе проведения генотерапии и некоторых фармакотерапевтических мероприятий.

ABCA4 — один из основных генов, мутации которого ассоциированы с различными НЗС, такими как болезнь Штаргардта (БШ), палочкоколбочковая дистрофия (ПКД), колбочковая дистрофия (КД) и пигментная абиотрофия (ПА). Мутации в гене ABCA4 при этих дистрофиях сетчатки наследуются по аутосомно-рецессивному типу, и для генетического подтверждения диагноза необходимо обнаружение двух мутаций.

Ген ABCA4 кодирует белок ABCR4, который экспрессируется преимущественно в наружных дисках палочек и колбочек. ABCR4 — АТР-binding cassette transporter, retinaspecific — относится к большому классу трансмембранных белков, АТФ-связывающих кассетных переносчиков (ATP-binding cassette transporters или ABC transporters), которые используют энергию АТФ для переноса N-ретинилиден-фосфатидилэтаноламина через мембрану диска [3]. ABCR4-переносчик необходим для рециркуляции ретиналя — основной части зрительного пигмента родопсина, играющего важную роль в зрительном цикле.

Выявляемость мутаций при НЗС, как отмечают многие авторы, зависит от различных факторов, наиболее важными из которых являются корректность клинического диагноза, этнический состав когорт, технические возможности методов молекулярно-генетического анализа.

Мутации в гене АВСА4 являются наиболее распространенными причинами Б.Ш. Частота их выявления в последние годы значительно увеличилась благодаря методу секвенирования следующего поколения (NGS). По данным разных исследований 2011—2016 гг., выявление двух мутаций при БШ составляет 47—88% [4—8]. Однако у значительного количества пациентов (17—30%) удается идентифицировать носительство лишь одной мутации [4, 6, 9]. В исследовании H. Schulz и соавт. [10] в выборке из 335 пациентов, проживающих в Германии, две мутации гена АВСА4 методом NGS были выявлены у 47% пациентов и одна мутация — у 30%. В испанской популяции среди 259 обследованных с БШ частота выявления не менее одной мутации составила 73,3%, двух мутаций — 61,4% [9], среди китайских пациентов полное подтверждение диагноза было получено в 87,5% случаев в выборке из 96 человек [4].

Выявление мутаций гена ABCA4 у пациентов с ПКД варьирует, по данным разных авторов, от 30 до 67% с полным подтверждением диагноза в 25—30% случаев [10—14]. Различные показатели распространенности мутаций АВСА4, наблюдаемые в многочисленных исследованиях, могут возникать из-за ограниченного объема выборки (от 8 до 54 пациентов), а также большого числа генов, ассоциированных с ПКД. Исследование, проведенное B. Klevering и соавт. (2004) на основании анализа опубликованных до 2004 г. работ, показало, что мутации гена ABCA4 встречаются у 40% больных с ПКД (использован микрочип, содержащий зонды на 400 описанных в то время мутаций) [15]. Позже в исследовании V. Kitiratschky и соавт. (2008) [11] мутации гена ABCA4 обнаружили у 31% пациентов с полным подтверждением диагноза в 25% случаев среди 64 обследованных с КД и ПКД с использованием микрочипового анализа APEX и последующим секвенированием всего гена. В испанской популяции частота выявления мутаций гена АВСА4 среди 86 обследуемых при использовании метода NGS составила 66,6% с полным подтверждением диагноза в 30,2% [9]. В выборке из 65 пациентов китайской популяции две мутации гена ABCA4 выявили в 27,7% случаев (проводили поэкзонное секвенирование всех экзонов гена АВСА4 по Сэнгеру) [4].

Роль мутаций гена АВСА4 при аутосомно-рецессивной ПА (арПА) до сих пор остается неясной. Некоторые исследователи отмечают, что в большинстве случаев пациенты являются носителями одной мутации гена АВСА4 из-за высокой распространенности в общей популяции, а причина заболевания связана с мутациями другого гена. Так, частота выявления одной мутации АВСА4 у пациентов с арПА составляет 5—6% [16], в редких исследованиях сообщают об обнаружении двух мутаций. Например, в семье с близкородственным браком описано 4 пациента с ПА, обусловленной тяжелой мутацией сайта сплайсинга IVS30+1G>T в гомозиготном состоянии [17]. В другом исследовании описана семья, в которой у пациентки с БШ выявлены 2 мутации гена АВСА4 (миссенс-мутация с.5882G>A и делеция со сдвигом рамки считывания 5917delG), а у ее сына с ПА — нуль-мутация 5917delG в гомозиготном состоянии [18].

Список мутаций гена АВСА4 постоянно пополняется: к 2017 г. молекулярный анализ гена ABCA4 привел к идентификации более чем 900 мутаций (72% выявлены при БШ), ассоциированных с дистрофиями сетчатки [10], по сравнению с данными 2009 г., когда было известно только 490 вариантов нуклеотидных замен, ассоциированных с БШ [19].

Во многих случаях мутации не имеют каких-либо заметных фенотипических последствий, такие нуклеотидные замены рассматриваются как нормальный полиморфизм или нейтральные мутации. В отличие от полиморфизмов, патогенные мутации приводят либо к нарушению механизма транскрипции/трансляции гена (часто с полной потерей функции белка), либо к синтезу аномального белкового продукта. В зависимости от влияния на структуру белкового продукта мутации гена АВСА4 условно можно подразделить на мягкие, умеренные и тяжелые, вызывающие значительные зрительные нарушения.

Генные мутации могут быть локализованы в экзонах, интронах, на границе экзон-интронных соединений, промоторных и других регуляторных участках гена. Экзонные мутации в зависимости от влияния на аминокислотный состав белковой молекулы подразделяют на миссенс-мутации (missense — т. е. с изменением «смысла» повреждаемого кодона), нонсенс-мутации (nonsense — «бессмысленные», формирующие преждевременный стоп-кодон) и синонимичные (не приводят к замене аминокислоты). Достаточно распространенным типом точковых мутаций являются выпадения (делеции) или вставки (инсерции) одного или нескольких нуклеотидов в кодирующей области гена. Такие мутации могут сопровождаться сдвигом «рамки считывания» (выпадение или вставка одного или нескольких нуклеотидов, не кратных 3), либо не сопровождаться сдвигом «рамки считывания» (выпадение или вставка фрагмента ДНК из 3 нуклеотидов или с числом нуклеотидов, кратным 3). Мутации на стыке экзонов и нитронов называют мутациями сайта сплайсинга (сплайсинговые мутации). Такие мутации нарушают нормальные механизмы созревания первичного РНК-транскрипта и приводят либо к неправильному вырезанию интрона, либо, наоборот, к удалению из молекулы РНК информационно значимой экзонной последовательности, в результате чего происходит значительное нарушение структуры белка.

В последние годы отдельное внимание уделяют глубоким интронным мутациям, которые могут влиять на сплайсинг, и мутациям регуляторных областей, таких как промотор или энхансер [20—22]. До сих пор были идентифицированы очень немногие из таких изменений [5, 23, 24]. Мутации в интронных участках гена АВСА4 могут генерировать новые сайты сплайсинга, конкурирующие с нормальными сайтами, нарушая процессинг мРНК, и также приводят к тяжелым фенотипическим проявлениям.

Учитывая, что многочисленные мутации гена АВСА4 могут быть причиной различных заболеваний сетчатки, многие исследователи пытаются объяснить широкий спектр заболеваний сетчатки, вызванных мутациями в ABCA4, и построить модели генотип-фенотипической корреляции. Так, согласно упрощенной модели, у пациентов с двумя тяжелыми мутациями развивается ПА, у пациентов с одной тяжелой и одной умеренной мутацией — ПКД, у пациентов с одной тяжелой и одной мягкой мутацией — БШ, пациенты с одной тяжелой или умеренной мутацией находятся в группе повышенного риска по возрастной макулярной дегенерации (ВМД) [13, 25, 26]. A. Maugeri и соавт. (1999) предположили, что мутации, приводящие к значительным нарушениям функции белка, вызывают зрительные нарушения с тяжелыми клиническими признаками, в то время как умеренные мутации приводят к мягкой форме клинических фенотипов [27].

Так, F. Cremers и соавт. (1998) подтвердили вышеизложенную гипотезу [17], описав семью с близкородственным браком, в которой две нуль-мутации ABCA4 (сайта сплайсинга IVS30+1G>Т в гомозиготном состоянии) привели к развитию ПА у 4 пациентов; тяжелая мутация сайта сплайсинга IVS30+1G>T и умеренно тяжелая мутация IVS40+5G>А вызвали ПКД у 5 родственников, две умеренно тяжелые мутации или мягкая и тяжелая мутации, такие как IVS30+1G>T и с.2588G>C (мягкая мутация), явились причиной БШ у 2 человек. Авторы отмечают, что полученные клинико-генетические корреляции позволяют судить о тяжести мутаций, однако уверенно предсказать эффекты мутаций IVS30 и IVS40 на мРНК и белок ABCR4 можно только после детального анализа сплайсинга РНК. Следует ожидать, что фактические генотип-фенотипические корреляции более сложны и отклонения от этой модели описаны многими авторами [13, 25, 26]. Ограничением в получении точной модели генотип-фенотипической корреляции является сложность правильной интерпретации эффекта мутации на структуру или функции белка.

Некоторые авторы отмечают особые трудности при оценке мутаций сайта сплайсинга, эффект которых может варьировать от небольшой до полной утраты функции белка. Анализ таких мутаций является сложной задачей из-за отсутствия экспрессии мРНК АВСА4 в легко доступных тканях, таких как периферическая кровь и костный мозг (лимфобластные клетки) [17].

Мягкие и умеренные мутации гена АВСА4 в большинстве случаев ассоциируются с более легкими формами БШ [28]. Так, в исследовании R. Batu и соавт. (2015) [29], у пациентов с БШ выявлена миссенс-мутация 5882G>A (p.G1961E) в компаунд-гетерозиготном состоянии с мутациями с.4918С>Т (p.A1640T) и c.2616C>G (p.T872X), что было ассоциировано с более мягким фенотипом (начало в 26—27 лет, острота зрения 0,1—0,15, атрофия фоторецепторов ограничена центральной зоной и показатели общей ЭРГ в пределах нормы). В исследовании M. Gemenetzi и A. Lotery (2013) миссенс-мутации c.191С>T, c.1805G>A, c.5882G>A, c.4469G>A, c.2588G>C, c.3113C>T, c.4216C>T, c.6148G>C ассоциированы с более поздним началом (34—55 лет) и лучшей остротой зрения (от 0,05 при длительности заболевания 22 года до 0,5) [30]. Это демонстрирует то, что в результате мягких и умеренных миссенс-мутаций (нуклеотидная замена, которая приводит к замене аминокислоты) функция белка АВСR4 не теряется полностью и определяет более легкое течение заболевания. Носители одной из таких мутаций находятся в группе повышенного риска по ВМД. Так, мягкая мутация G1961E — однонуклеотидная замена 5882G>A в 42-м экзоне, эффект которой заключается в уменьшении АТФазной активности АВСR4-переносчика, в гетерозиготном состоянии считается одной из самых частых причин развития ВМД [31].

В литературе мы не нашли описания случаев ассоциации мягких мутаций с тяжелыми формами заболевания — ПКД и П.А. Даже НЗС, обусловленные мягкими мутациями в гетерозиготном состоянии с нуль-мутацией, соответствуют более легкому фенотипу. В исследовании F. Testa и соавт. (2012) было показано, что мутация G1961E связана с лучшей сохранностью эллипсоидной зоны фоторецепторов на ОКТ [32]. Этот результат согласуется с данными W. Сella и соавт. (2009), которые также сообщили, что структурные и функциональные изменения, связанные с мутацией G1961E в гомо- или гетерозиготе, ограничиваются парафовеальной областью и не распространяются по всей сетчатке [33]. Это может объяснить более легкое течение заболевания у пациентов с этой мутацией, даже если она находится в гетерозиготном состоянии с тяжелой мутацией гена АВСА4. Так, в исследовании А. Fakin и соавт. (2016) [34] у группы пациентов с мутацией p. G1961E в гетерозиготном состоянии с нуль-мутациями фенотип ассоциируется с более легкой формой БШ (возраст начала в 17 лет, медленное прогрессирование, острота зрения 0,05 в 66 лет, увеличение зоны атрофии ретинального пигментного эпителия (РПЭ) на 0,03 мм/год, без прогрессирования в ПКД). Подобные результаты продемонстрированы в работах N. Mata и соавт. (2001) и W. Wiszniewski и соавт. (2005) [23, 35], в которых авторы также описали ассоциацию обнаруженных нуль-мутаций гена ABCA4 в гетерозиготном состоянии с мягкими мутациями с более медленным прогрессированием БШ.

У других групп пациентов с нуль-мутацией в гомозиготном состоянии или нуль-мутацией в гетерозиготном состоянии с мутацией сайта сплайсинга авторы отмечают более раннее начало (6—8 лет) и быстрое прогрессирование (увеличение очага атрофии РПЭ на 1,5—1,2мм/год), у некоторых пациентов — развитие ПКД.

Большинство миссенс-мутаций ассоциируются с более легкими формами БШ и ПКД, однако в некоторых случаях они могут приводить к раннему развитию БШ и ПКД с тяжелым фенотипом. Так, по данным испанских исследователей, такие миссенс-мутации, как p. L541P, p. A602T, p. T1019M, p. L1940P и p. H1838A, являются тяжелыми мутациями гена АВСА4, так как приводят к нарушению локализации белка в клетке и делают белок полностью неэффективным [9, 35].

Ряд авторов при динамическом наблюдении отмечают прогрессирование дистрофии сетчатки, изначально верифицированной как БШ, в более тяжелую распространенную дегенерацию, впоследствии диагностированную как ПКД. Так, Q. Xi и соавт. (2009) [36] описали семью с подобным фенотипом дистрофии сетчатки, которая началась как классическая БШ, но медленно прогрессировала в тяжелую ПКД. Последовательный анализ всех 50 экзонов и экзон-интронных границ гена ABCA4 идентифицировал две новые гетерозиготные мутации: нонсенс-мутацию c.655A>T и мутацию сайта сплайсинга c.5312+3A>T. Обе мутации приводят к образованию преждевременных стоп-кодонов и к последующей нонсенс-опосредованной деградации РНК, т. е. представляют собой нуль-мутации. Их сочетание может привести к специфическим клиническим признакам, определенным в семье при данном исследовании. Подобные примеры объясняют широкий диапазон фенотипических проявлений при мутациях гена ABCA4.

Аналогичное прогрессирование дистрофии сетчатки при сочетании нуль-мутаций представлено в исследовании S. Maia-Lopes (2009) [19]. Авторы описали семью с очень ранним началом БШ, а также быстрым прогрессированием (через 4 года от начала заболевания у пациентов были отмечены серьезные изменения сетчатки и резкое снижение остроты зрения), причиной которого явились 2 нуль-мутации в компаунд-гетерозиготном состоянии: нонсенс-мутация в 4-м экзоне с.400C>T (p.Gln134X) и делеция двух нуклеотидов со сдвигом рамки считывания в 27-м экзоне c.4036_4037delAC (p.Thr1346fs). Таким образом, обе мутации совместимы с тяжелым фенотипом у пациентов с БШ. У таких пациентов, с первоначальным диагнозом БШ и тяжелыми мутациями, можно предположить прогрессирование БШ в более тяжелое заболевание, так как, в соответствии с предложенной генотип-фенотипической моделью, комбинация двух нулевых аллелей соответствует более тяжелому фенотипу ПА или ПКД.

Похожие результаты демонстрирует работа A. Beit-Ya’acov и соавт. (2007) [25], в которой описаны 15 членов шести близкородственных арабских семей. На ранних стадиях заболевания клинические проявления соответствовали БШ, а позже — тяжелой форме ПКД. Эти авторы обнаружили две новые делеции: p. Cys1150del и c.4254−15del23. Делеция p. Cys1150del не приводит к сдвигу рамки считывания, поэтому пациент с компаунд-гетерозиготной мутацией имел типичный фенотип БШ, в то время как остальные 14 пациентов, гомозиготные по интронной делеции c.4254−15del23, приводящей к нарушению сплайсинга, страдали прогрессирующей формой болезни, заканчивающейся ПКД. Это еще раз демонстрирует, что различные члены семьи могут иметь разные комбинации мутаций, в результате чего фенотип и прогноз в одной и той же семье могут отличаться.

Тяжелые мутации в гене ABCA4 обычно ассоциируются с ПКД, ПА или тяжелой формой БШ с последующим прогрессированием в течение времени. При этом степень проявления фенотипа коррелирует с остаточной активностью белка. Так, нуль-мутация p. Met1Thr, эффектом которой является полное отсутствие белкового продукта гена ABCA4, была обнаружена в гомозиготном состоянии у пациента с тяжелой формой БШ (раннее начало, быстрое прогрессирование, потеря зрения через 2 года от начала заболевания). С другой стороны, сочетание мягкой мутации p. Val931Met с нуль-мутацией p. Glu1574X в компаунд-гетерозиготном состоянии ассоциировано с более мягким фенотипом: повреждение сетчатки глаза у пациента с данной мутацией было ограничено центральными 15, характеризовалось началом заболевания в 43 года и умеренными центральными изменениями глазного дна спустя 2 года от начала заболевания. Таким образом, сочетание этих двух аллелей приводит к относительно позднему началу с умеренным прогрессированием дисфункции сетчатки [19].

Предполагается, что мутации сайтов сплайсинга гена АВСА4 приводят к нарушению трансляции — препятствуют выработке белка АВСR4. Тем не менее не исключено, что небольшие количества белка дикого типа по-прежнему транслируются в сетчатке. Если такой низкий уровень экспрессии действительно существует, то это может объяснить более позднее начало и медленное прогрессирование дегенерации сетчатки у пациентов с мутациями сайтов сплайсинга по сравнению с другими пациентами с ранним началом и быстрым прогрессированием в результате гомозиготной нуль-мутации гена АВСА4 [25].

Большинство мутаций сайта сплайсинга (в пределах 95%) приводят к фенотипу, подобному нуль-мутации, т. е. к полной утрате функции белка, и это характеризуется ранним началом и быстрым прогрессированием заболевания. A. Cideciyan и соавт. (2009) [37] описали раннее начало заболевания с поражением всей сетчатки при сплайсинговой мутации c.5461−10T>C. Мутация c.5461−10T> C является одной из наиболее частых при БШ [38].

Изученные мутации сайтов сплайсинга гена АВСА4: c.5461−10T>C, c.6729+4del15, c.4253+4С>T, c.5196+1G>A, с.6479+1G>A, c.6817−2A>C, c.859−9T>C и c.768G>T также ассоциируются с тяжелым фенотипом в большинстве случаев [34].

В то же время некоторые мутации сайта сплайсинга (5%) относятся к мягким, не приводящим к серьезным изменениям в структуре белка, что было продемонстрировано в исследовании in vitro для одной из изученных мутаций сайта сплайсинга c.5714+5G>А [34], подтверждая ранее приведенные наблюдения об относительно мягком фенотипе, который ассоциируется с этой мутацией [17, 37].

Таким образом, учитывая все вышеизложенные теории и результаты клиническо-генетических исследований, можно сделать вывод о том, что на сегодняшний день большое количество генных мутаций и их сочетаний обусловливает многовариантность фенотипического проявления НЗС при мутациях гена АВСА4. Высокая гетерогенность мутаций, а также высокая частота встречаемости сложных гетерозиготных вариантов осложняют возможности клинико-генетической корреляции. В то же время правильная интерпретация эффекта выявленной мутации на структуру или функции белка позволяет прогнозировать течение и исход заболевания. Несмотря на успехи, достигнутые в исследовании НЗС, изучение клинико-генетических характеристик заболеваний сетчатки при мутациях гена ABCA4 у пациентов, проживающих на территории Российской Федерации, остается актуальным. Недостаточно изученной является и причина прогрессирования первоначально легких форм НЗС в более тяжелые.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Сведения об авторах

Грушкэ Ирина Григорьевна — аспирант отделения клинических исследований в офтальмологии

e-mail: irina.grusca@mail.ru

Подтверждение e-mail

На test@yandex.ru отправлено письмо с ссылкой для подтверждения e-mail. Перейдите по ссылке из письма, чтобы завершить регистрацию на сайте.

Подтверждение e-mail