Изучение функционального значения полиморфных локусов гена LOXL1, ассоциированных с глаукомой по данным полногеномных исследований (анализ in silico)

Глаукома, являющаяся одним из наиболее распространенных и тяжелых заболеваний глаз, характеризуется важным медико-социальным значением, постоянным ростом заболеваемости, тяжелыми исходами, приводя к слепоте и инвалидности [1, 2]. По данным Y.C. Tham и соавт. [3], в мире среди лиц в возрасте 40—80 лет глаукомой страдают более 60 млн человек, а к 2040 г. распространенность заболевания, по прогнозам, существенно возрастет и превысит 110 млн человек. Роль генетических факторов в формировании глаукомы в настоящее время не вызывает сомнений [4—13]. По данным нескольких полногеномных ассоциативных исследований (genome wide association study, GWAS), проведенных в этнически различных популяциях (европеоидные, азиатские), значимые ассоциации с глаукомой продемонстрировал ген лизилоксидазоподобного фермента LOXL1(табл. 1) [14—16]. При этом если до недавнего времени считалось, что полиморфизм гена LOXL1 ассоциирован только с ПЭГ/ПЭС [14, 15, 17—19], то в последние годы в ряде работ показаны ассоциации этого гена с первичной открытоугольной глаукомой (ПОУГ) [20], в том числе в полногеномных исследованиях [16].

Таблица 1. Данные литературы об ассоциациях полиморфных локусов гена LOXL1 (15q24.1), включенных в исследование, с глаукомой, ПЭГ/ПЭС (результаты полногеномных исследований, https://www.ebi.ac.uk/gwas/)

Примечание. ПЭГ — псевдоэксфолиативная глаукома, ПЭС — псевдоэксфолиативный синдром, OR — отношение шансов.

В GWAS-исследовании G. Thorleifsson и соавт. [14], проведенном в популяции Исландии и Швеции на выборке из 564 пациентов с глаукомой (274 больных ПЭГ и 290 пациентов с ПОУГ) и 14 672 человек контрольной группы, установлено рисковое значение аллеля T rs2165241 гена LOXL1 как для ПЭГ (OR=3,62; p=1,00·10⁻²⁷), так и для глаукомы в целом (OR=1,96, p=1,30·10^–16). Следует отметить, что рисковый для глаукомы аллель T rs2165241 LOXL1 достаточно широко распространен среди индивидуумов, не имеющих этого заболевания (по данным работы [14], его частота составила 0,473 и 0,535 в контрольных группах из Исландии и Швеции соответственно), тогда как среди больных ПЭГ данный генетический вариант встречается с максимальной частотой (0,753 и 0,813 в популяциях Исландии и Швеции соответственно [14]). Более высокая распространенность аллеля T rs2165241 гена LOXL1 у пациентов с ПОУГ (78,0%) в сравнении с контрольной группой (68,5%) была выявлена и в работе V. Zanon-Moreno и соавт. [20] в испанской популяции. В данной работе на выборке из 232 больных ПОУГ и 241 человека контрольной группы установлено, что аллель T и генотип TT rs2165241 гена LOXL1 являются факторами риска развития ПОУГ в средиземноморской популяции (OR=1,44 и OR=2,07 соответственно). В 2019 г. в полногеномном исследовании K. Zagajewska и соавт. [19], выполненном в другой европейской популяции — польской, показана значимая роль полиморфизма rs2165241 гена LOXL1 в формировании ПЭС без глаукомы (выборка составила 103 больных ПЭС без глаукомы и 106 индивидуумов контрольной группы): аллель C является протективным фактором развития ПЭС без глаукомы (OR=0,24), тогда как референсный для него аллель T существенно повышает риск развития заболевания (OR=4,2; p=2,77·10^–10). Генотип TT, являющийся рисковым для ПЭС без глаукомы, в польской популяции (OR=6,93, p=1,04·10^–10) был зарегистрирован у подавляющего большинства больных (67,0%) и значительно реже встречался в контрольной группе (22,6%) [19]. Обращает на себя внимание тот факт, что полиморфные варианты локуса rs2165241 гена LOXL1 имеют разнонаправленный характер ассоциаций с развитием заболевания в популяциях разного этнического состава. Так, если в европейских популяциях фактором риска развития глаукомы в целом, ПЭГ, ПЭС без глаукомы является аллель T rs2165241 [14, 19], то в азиатских популяциях, наоборот, фактором риска формирования ПЭС служит аллель C rs2165241 [21, 22]. Также следует отметить, что в европейских популяциях, как правило, частым аллелем является аллель T rs2165241, тогда как в азиатских — аллель C rs2165241 [19—21]. Следует отметить, что значительные различия в частотах аллелей между европейскими и азиатскими популяциями наблюдаются и по другим полиморфным локусам гена LOXL1 (табл. 2, приведены данные проекта «1000 геномов»). Аналогичные данные о разнонаправленности ассоциаций с ПЭС, но уже другого локуса гена LOXL1 — rs4886776, в популяциях разного этнического состава получены и в полногеномном исследовании T. Aung и соавт. [18]: аллель A полиморфизма rs4886776 LOXL1 повышает риск развития заболевания в японской популяции (OR=9,87; p=2,35·10^–217) и, что стало, как указывают авторы в своей работе, «сюрпризом» для них, служит протективным фактором для ПЭС в неяпонских популяциях, в том числе и европеоидных (OR=0,49; p=2,35·10^–317).

Таблица 2. Данные о функциональном значении (эпигенетические эффекты) GWAS-значимого для глаукомы полиморфизма гена LOXL1 (15q24.1) (получены с использованием биоинформатического ресурса HaploReg (v4.1); https://archive.broadinstitute.org/mammals/haploreg/)

Примечание. ref — референсный аллель; alt — альтернативный аллель; Promoter histone marks — расположение полиморфизма в регионе промотора, Enhancer histone marks — расположение полиморфизма в регионе энхансера, DNAse — расположение полиморфизма в регионе гиперчувствительности к ДНКазе-1; * — приведено количество органов и/или тканей, в которых данный полиморфизм проявляет эпигенетические эффекты; Motifs — расположение полиморфизма в регионе регуляторного мотива ДНК; GRASP QTL и Selected eQTL — данные о связи полиморфизма с экспрессией генов (указано количество значимых ассоциаций); dbSNP func annot — расположение полиморфизма в функциональном участке гена LOXL1.

Следует отметить, что, как правило, полиморфные локусы, ассоциированные с глаукомой, располагаются в интронных областях гена LOXL1 (не влияют на последовательность аминокислот в кодируемом им белке и его активность), и поэтому биологические механизмы, лежащие в основе ассоциаций полиморфизма гена LOXL1 с глаукомой, остаются в значительной степени неизвестными.

Цель работы — изучение in silico функционального значения полиморфных локусов гена LOXL1, ассоциированных с глаукомой, по данным полногеномных исследований.

На первом этапе работы с использованием каталога полногеномных исследований National Human Genome Research Institute (https://www.genome.gov/gwastudies/) были отобраны для исследования три полиморфных локуса гена LOXL1 (rs2165241, rs4886776, rs893818), ассоциированных с глаукомой, ПЭГ, ПЭС без глаукомы, по данным GWAS [14, 15, 18, 19] (см. табл. 1). Информация об уровне патогенности рассматриваемых полиморфизмов в базе данных Clinvar Национального Центра биотехнологической информации Национальной медицинской библиотеки США (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/clinvar/) имеется только для локуса rs2165241, который, согласно материалам этого информационного ресурса, имеет рисковое значение для развития псевдоэксфолиативного синдрома. Далее с использованием современных мировых баз данных по функциональной геномике проведена оценка функционального значения этих полиморфных локусов. Нами оценивалась связь изучаемых полиморфных локусов с несинонимическими заменами, их эпигенетические эффекты, ассоциации с экспрессией генов (eQTL) и альтернативным сплайсингом транскриптов генов (sQTL) [23, 24]. Для оценки функциональных эффектов полиморфизмов были использованы следующие базы данных: SIFT (https://sift.jcvi.org/) [25] и PolyPhen-2 (https://genetics.bwh.harvard.edu/pph2/index.shtml) [26] (выявление миссенс-мутаций и оценка их предиктивного потенциала), HaploReg (v4.1) (https://archive.broadinstitute.org/mammals/haploreg/) [27] (изучение эпигенетических эффектов — рассматривалась модель Core 25-state model using 12 imputed marks), GTExportal (https://www.gtexportal.org/) [28] (связь SNPs с экспрессией генов и альтернативным сплайсингом транскриптов генов в различных органах и тканях). Следует отметить, что база данных свободного доступа GTExportal содержит материалы анализа транскрипции и альтернативного сплайсинга генов, полученные международным консорциумом в рамках проекта Genotype-Tissue Expression (GTEx) [28] (приведены результаты анализа РНК сиквенсов из 49 различных органов и тканей, полученных от 838 индивидуумов; dbGaP Accession phs000424.v8.p2). Анализ ассоциации аллельных вариантов рассматриваемых полиморфных локусов с изменением аффинности мотивов ДНК к факторам транскрипции, оценка их связи с уровнем транскрипции генов и альтернативным сплайсингом транскриптов генов проводились по методикам, представленным в ранее опубликованных работах [29—32]. Для установления связи полиморфизма гена LOXL1 (референсного и альтернативного аллелей каждого изучаемого локуса) с экспрессией и альтернативным сплайсингом различных генов нами использовался представленный в онлайн-программе GTExportal показатель (коэффициент) линейной регрессии (β). Положительное значение этого коэффициента (β>0) указывает на связь конкретного аллеля (альтернативного генетического варианта) с повышенной экспрессией/альтернативным сплайсингом данного гена, тогда как отрицательное значение коэффициента линейной регрессии (β<0) свидетельствует о снижении уровня транскрипции/альтернативного сплайсинга гена при наличии у индивидуума альтернативного аллеля. В настоящем исследовании использовались данные об ассоциациях полиморфизма гена LOXL1 с экспрессией и альтернативным сплайсингом генов при уровне статистической значимости p<8·10^–5 и с учетом поправки на ложноположительные результаты p_FDR≤0,05.

Несинонимичные замены (nsSNP). Из трех рассматриваемых полиморфных локусов гена LOXL1 несинонимичных SNP выявлено не было. Установлено, что с локусами rs4886776 и rs893818 гена LOXL1 находится в сильном сцеплении полиморфизм rs1048661 (r²=0,99 и r²=0,98 соответственно), который детерминирует замену аминокислоты Arg141Leu в полипептиде LOXL1. По базам данных PolyPhen-2, аминокислотная замена (prediction of functional effects of human nsSNPs) имеет предикторный класс «POSSIBLY DAMAGING» (PolyPhen-2 score — 0,914, чувствительность — 0,81, специфичность — 0,94), а в соответствии с базой данных SIFT (Sorting Tolerant From Intolerant) предикторный потенциал этой несинонимической замены оценивается как «DELETERIOUS» (SIFT Score — 0,041, SIFT MEDIAN — 2,95).

Регуляторные эффекты (regSNP). Анализ эпигенетических эффектов трех полиморфных локусов гена LOXL1 показал, что наиболее выраженные регуляторные эффекты проявляют полиморфные локусы rs2165241 и rs893818 гена LOXL1(см. табл. 2). Полиморфизм rs2165241 расположен в регионе гистонов, маркирующих промоторы в 8 тканях и энхансеры в 20 тканях, области гиперчувствительности к ДНКазе-1 в двух тканях и регионе трех регуляторных мотивов ДНК (Arid5a, Foxa, Foxj2). Полиморфный локус rs893818 локализуется в эволюционно консервативном регионе, в области гиперчувствительности к ДНКазе-1 в трех органах и регионе гистонов, маркирующих энхансеры в 24 тканях.

Согласно базе данных HaploReg (v4.1), аллель C rs2165241 снижает аффинность к факторам транскрипции Arid5a [различия между LOD scores аллелей C (alt) и T (ref) составляют –6,1], Foxa [различия между LOD scores аллелей C (alt) и T (ref) составляют –11,9] и Foxj2 [различия между LOD scores аллелей C (alt) и T (ref) составляют -2,0]. Наряду с этим аллель A rs4886776 повышает аффинность к транскрипционным факторам GR [различия между LOD scores аллелей A (alt) и G (ref) составляют 1,8] и Hand1 [различия между LOD scores аллелей A (alt) и G (ref) составляют 11,9].

Влияние на транскрипцию генов (eQTL данные). Данные проекта Genotype-Tissue Expression свидетельствуют о значимом влиянии (p<8·10^–5; p_FDR≤0,05) на уровень транскрипции трех генов (LOXL1, LOXL1-AS1, RP11-24D15.1) изученных полиморфизмов гена LOXL1. Установлено, что аллель C rs2165241 ассоциирован с повышенной экспрессией гена LOXL1-AS1 в культуре клеток фибробластов (β=0,21; p=2,30·10^–14; p_FDR≤0,05), периферической крови (β=0,18; p=6,50·10^–6; p_FDR≤0,05), надпочечниках (β=0,39; p=7,70·10^–7; p_FDR≤0,05), кровеносных сосудах (аорте; β=0,14; p=3,70·10^–5; p_FDR≤0,05), генов LOXL1 и LOXL1-AS1 в гипофизе (β=0,37; p=1,30·10^–10; p_FDR≤0,05 и β=0,43; p=2,50·10^–9; p_FDR≤0,05 соответственно). Аллель A rs4886776 также связан с повышенной экспрессией гена LOXL1-AS1 в периферической крови (β=0,21; p=7,40·10^–7; p_FDR≤0,05), щитовидной железе (β=0,17; p=3,50·10^–7; p_FDR≤0,05), жировой ткани (β=0,14; p=1,40·10^–4, p_FDR≤0,05), но при этом он ассоциирован с низкой транскрипцией гена LOXL1 в культуре клеток фибробластов (β= –0,22; p=4,10·10^–13; p_FDR≤0,05) и кровеносных сосудах (аорта, артерии; β= –0,13 — –0,15, p≤3,50·10^–8, p_FDR≤0,05; рис. 1). Аналогично аллель A rs893818 ассоциирован с повышенной экспрессией гена LOXL1-AS1 в периферической крови (β=0,21; p=5,60·10^–7; p_FDR≤0,05), щитовидной железе (β=0,17; p=2,70·10^–7; p_FDR≤0,05), жировой ткани (β=0,13; p=2,70·10^–4; p_FDR≤0,05) и низкой транскрипцией гена LOXL1 в культуре клеток фибробластов (β= –0,22; p=4,00·10^–13; p_FDR≤0,05) и кровеносных сосудах (аорта, артерии; β= –0,13 — –0,15; p≤3,20·10^–8; p_FDR≤0,05; см. рис. 1).

Рис. 1. Связь уровня транскрипции гена LOXL1 в культуре клеток фибробластов (а) и гена LOXL1-AS1 в периферической крови (б) с полиморфным локусом rs4886776 (https://www.gtexportal.org/)

Ассоциации с альтернативным сплайсингом транскриптов генов (sQTL данные). Установлена связь рассматриваемых нами полиморфных локусов гена LOXL1 с уровнем альтернативного сплайсинга транскрипта трех генов (LOXL1, LOXL1-AS1, RP11-24D15.1) во многих культурах клеток, тканях и органах, в том числе вовлеченных в механизмы развития глаукомы (p<8·10^–5; p_FDR≤0,05). При этом аллель C rs2165241 ассоциирован с более высоким уровнем альтернативного сплайсинга транскрипта гена LOXL1-AS1 в культуре клеток фибробластов (β=0,60; p=3,70·10^–19; p_FDR≤0,05, ID интрона — 73919383:73919838:clu_16638), гипофизе (β=0,49; p=4,90·10^–8; p_FDR≤0,05; ID интрона — 73919383:73919838:clu_19772), кровеносных сосудах (аорта и коронарные артерии; β=0,57; p=2,20·10^–16; p_FDR≤0,05, ID интрона — 73919383:73919838:clu_18550 и β=0,48; p=1,80·10^–6; p_FDR≤0,05, ID интрона — 73919383:73919838:clu_17318 соответственно), щитовидной железе (β=0,33; p=2,00·10^–8; p_FDR≤0,05, ID интрона — 73919383:73919838:clu_22134), гена LOXL1 в культуре клеток фибробластов (β=0,42; p=2,00·10^–21; p_FDR≤0,05; ID интрона — 73942962:73947067:clu_16641) и других органах и тканях (рис. 2).

Рис. 2. Связь полиморфного локуса rs2165241 с альтернативным сплайсингом генов LOXL1 (а) и LOXL1-AS1 (б) в культуре клеток фибробластов (https://www.gtexportal.org/).

Аллели A rs4886776 и rs893818 также связаны с повышенным уровнем альтернативного сплайсинга транскрипта гена LOXL1-AS1 в культуре клеток фибробластов (β=0,40; p=3,30·10^–9; p_FDR≤0,05; ID интрона — 73919383:73919838:clu_16638 и β=0,45; p=1,20·10^–9; p_FDR≤0,05, ID интрона — 73919383:73919838:clu_16638 соответственно; рис. 3), кровеносных сосудах (аорта; β=0,43; p=2,10·10^–8; p_FDR≤0,05; ID интрона — 73919383:73919838:clu_18550 и β=0,42; p=2,80·10^–8; p_FDR≤0,05; ID интрона — 73919383:73919838:clu_18550 соответственно), гена LOXL1 в различных органах и тканях (см. рис. 3).

Рис. 3. Ассоциации полиморфных локусов rs4886776 (а) и rs893818 (б) с альтернативным сплайсингом гена LOXL1-AS1 в культуре клеток фибробластов (https://www.gtexportal.org/).

Итак, согласно нашим данным, полиморфные локусы rs2165241, rs4886776, rs893818 гена LOXL1 имеют значимый регуляторный потенциал, а также важное eQTL и sQTL-значение. Следует отметить, что три изученных нами полиморфизма гена LOXL1 (rs2165241, rs4886776, rs893818) находятся на расстоянии 6 kb друг от друга, сцеплены между собой (r²>0,40; D’=0,99), и вследствие этого их функциональные эффекты могут «перекрываться». Сильно сцепленный с ними полиморфизм rs1048661 обусловливает аминокислотную замену Arg141Leu в полипептиде LOXL1 с предикторным потенциалом «POSSIBLY DAMAGING» (по базе PolyPhen-2) и «DELETERIOUS» (по базе SIFT). Установлено, что исследуемые полиморфные локусы находятся в эволюционно консервативных регионах. Они локализованы в области гистонов, маркирующих промоторы и энхансеры, в регионе гиперчувствительности к ДНКазе-1 более чем в 20 различных органах и тканях, области взаимодействия с разными регуляторными белками и регионах большого количества регуляторных мотивов ДНК, ассоциированы с экспрессией и альтернативным сплайсингом трех генов (LOXL1, LOXL1-AS1, RP11-24D15.1). Важно подчеркнуть, что свои функциональные эффекты (эпигенетические, eQTL, sQTL) эти локусы проявляют в патогенетически значимых для формирования глаукомы культурах клеток, органах и тканях, таких как эндокринные железы (щитовидная железа, надпочечники) и жировая ткань, кровеносные сосуды, периферическая кровь, фибробласты и др.

Следует отметить, что, согласно результатам настоящего исследования, аллель C rs2165241 гена LOXL1 (данные литературы указывают на протективное значение этого аллеля для развития глаукомы, ПЭГ и ПЭС без глаукомы в европейских популяциях [14, 19]) снижает аффинность к трем факторам транскрипции (Arid5a, Foxa, Foxj2), связан с более высоким уровнем экспрессии и альтернативного сплайсинга транскрипта генов LOXL1 и LOXL1-AS1 в культуре клеток фибробластов и в большинстве других ПОУГ-значимых органов и тканей (периферическая кровь, кровеносные сосуды, гипофиз и др.). Результаты нашего исследования in silico свидетельствуют, что аллель A rs4886776 гена LOXL1 (по данным ранее проведенных полногеномных работ, являющийся фактором риска развития ПЭС в японской популяции и протективным фактором развития ПЭС у неяпонского населения [18]), повышает аффинность к двум транскрипционным факторам (GR и Hand1), детерминирует высокий уровень альтернативного сплайсинга транскрипта генов LOXL1 и LOXL1-AS1 и оказывает разнонаправленное влияние на уровень экспрессии генов LOXL1-AS1 (повышает) и LOXL1 (снижает). Аналогично в соответствии с полученными нами результатами аллель A rs893818 (данные литературы свидетельствуют о протективной роли этого аллеля при развитии ПЭГ в японской популяции [15]) связан с повышенным уровнем альтернативного сплайсинга транскрипта генов LOXL1 и LOXL1-AS1 и оказывает разнонаправленное влияние на уровень транскрипции генов LOXL1-AS1 (повышает) и LOXL1 (снижает). Следует отметить, что установленные нами in silico значительные эпигенетические, eQTL и sQTL-эффекты полиморфных локусов rs2165241, rs4886776, rs893818 гена LOXL1 могут являться медико-биологической основой их ассоциаций с глаукомой.

Мы обнаружили связь рассматриваемых полиморфизмов гена LOXL1 с экспрессией гена LOXL1-AS1 в органах и тканях, характеризующихся выраженными гормон-продуцирующими функциями (щитовидная железа, надпочечники, жировая ткань). Полученные нами in silico результаты, указывающие на вовлеченность в патофизиологию глаукомы биологических механизмов, опосредованных органами и тканями эндокринной системы, согласуются с имеющимися данными литературы: ассоциация одного из полиморфизмов гена LOXL1 (rs1048661) с транскрипционной активностью этого гена в жировой ткани была продемонстрирована G. Thorleifsson и соавт. [14] в ранее проведенном полногеномном исследовании глаукомы среди населения Исландии и Швеции. Общеизвестна значимая роль органов эндокринной системы в регуляции всех процессов жизнедеятельности организма, в том числе метаболических процессов (обмен углеводов, липидов и др.), играющих ключевую роль в патофизиологии глаукомы [2]. Наличие выраженных метаболических расстройств (например, таких как сахарный диабет, атеросклеротическое поражение сосудов и др.) является значимым фактором риска развития глаукомы [1, 2]. В полногеномном исследовании Y. Shiga и соавт. [33] в результате анализа GWAS данных из японского биобанка и расчета на их основе генетических корреляций установлены значимые генетические связи между сахарным диабетом 2-го типа и ПОУГ (r²=0,27±0,07; p_FDR=0,001). При использовании метода менделевской рандомизации, позволяющего устанавливать причинно-следственные связи, в работе L. Shen и соавт. [34] при анализе генетических данных (учитывалось распределение 39 различных полиморфизмов, характеризующих генетические факторы сахарного диабета 2-го типа и связанных с ним фенотипов — ожирения, функции β-клеток, регуляции инсулина и других метаболических процессов) многочисленной когорты взрослых индивидуумов (выборка для исследования включала 69 685 человек, среди которых с ПОУГ было 3554) показано, что не только клинически выраженный сахарный диабет 2-го типа, но даже наличие дисрегуляции функции β-клеток (без манифестации сахарного диабета) существенно увеличивают риск развития ПОУГ (OR=2,53 и OR=5,26 соответственно). Основываясь на полученных результатах, авторы полагают, что метаболическая дисрегуляция (до постановки клинического диагноза эндокринного заболевания) может увеличивать риск развития ПОУГ.

Следует отметить, что одним из ключевых звеньев патофизиологии метаболических расстройств в организме является формирование окислительного стресса, развитие которого в различных структурах глаза (эндоплазматический ретикулум разных типов клеток и др.), согласно современным представлениям, играет важную роль в патогенезе глаукомы [35]. Считается, что воздействие свободных радикалов и других «компонентов» окислительного стресса может обусловливать развитие глаукомной оптиконейропатии [2]. В экспериментальной работе M.A. Hauser и соавт. [36] показано, что экспрессия гена LOXL1-AS1 значительно изменяется в ответ на окислительный стресс в эпителиальных клетках хрусталика человека и в ответ на циклический механический стресс в эндотелиальных клетках шлеммова канала у человека. Полученные в этом исследовании данные свидетельствуют о важной функциональной роли lncRNA LOXL1-AS1 в клеточном стрессовом ответе, и авторы работы предполагают, что дисрегуляция ее экспрессии, которая может зависеть от полиморфных генетических вариантов, являющихся eQTL-значимыми для этого гена, играет ключевую роль в патогенезе ПЭС.

Согласно полученным нами in silico данным GWAS, значимые для глаукомы полиморфизмы гена LOXL1 связаны с уровнем экспрессии и альтернативного сплайсинга генов LOXL1, LOXL1-AS1 в кровеносных сосудах (аорта, артерии). Эти результаты согласуются с данными литературы по патофизиологии глаукомы [1, 2]. Сосудистая концепция развития заболевания занимает одно из центральных мест среди теорий возникновения ПОУГ [2]. Считается, что изменения сосудистого тонуса и дисфункция эндотелия сосудов могут приводить к нарушению гемодинамики глаза и вследствие этого предрасполагать к возникновению деструктивных изменений в структурах глаза, включая в первую очередь гибель аксонов ганглиозных клеток сетчатки [2]. Заболевания сердечно-сосудистой системы (артериальная гипертензия и др.) являются известным фактором риска развития глаукомы [1]. Следует отметить имеющиеся в литературе данные о положительной генетической корреляции между ПОУГ и такими осложнениями сердечно-сосудистых заболеваний, как инфаркт миокарда (r²=0,20; p=0,02) и ишемический инсульт (r²=0,27; p=0,04) [33].

В нашей работе с использованием in silico инструментария показана ассоциация рассматриваемых полиморфных вариантов гена LOXL1 с транскрипцией и альтернативным сплайсингом генов LOXL1, LOXL1-AS1 в фибробластах. Фибробласты — это основной компонент соединительной ткани организма, обеспечивающий синтез коллагеновых и эластиновых волокон, протеогликанов и других элементов экстрацеллюлярного матрикса соединительной ткани, роль которых в патофизиологии глаукомы в настоящее время не вызывает сомнений [37]. Содержание коллагена, архитектоника его волокон, плотность их упаковки непосредственно определяют морфофункциональные (биомеханические) характеристики склеры и ее производного — решетчатой пластинки, играющей важную роль в развитии глаукомного процесса [2, 37]. В процессе формирования глаукомы снижается эластичность и возрастает жесткость решетчатой пластинки склеры, возникает ее деформация, приводящая к повреждению аксонов ганглиозных клеток сетчатки [2]. Вместе с тем вследствие нарушения структуры эластических волокон и появления микрофибриллярных отложений ухудшаются фильтрация и отток водянистой влаги через трабекулярную диафрагму, что также способствует развитию глаукомного процесса [2].

Одним из биологических механизмов, лежащих в основе ассоциаций GWAS-значимых полиморфных локусов rs2165241, rs4886776, rs893818 гена LOXL1 с глаукомой, могут являться фенотипические эффекты сильно сцепленного с ними несинонимичного полиморфизма rs1048661, который приводит к замене аминокислоты Arg141Leu в полипептиде LOXL1. В работе U. Schlötzer-Schrehardt и соавт. [38] изучен материал различных тканей глаза — радужной оболочки, хрусталика, цилиарного тела — от 25 пациентов с ПЭС/ПЭГ и 25 индивидуумов из группы контроля, установлено уменьшение уровня экспрессии гена LOXL1 в тканях глаза на 20% на каждый рисковый аллель полиморфизма rs1048661. Исследования в разных популяциях показали значимые ассоциации rs1048661 гена LOXL1 с развитием ПЭС/ПЭГ [21, 39, 40] и ПОУГ [41]. Однако обращает на себя внимание тот факт, что в этнически разных популяциях рисковое значение для ПЭС/ПЭГ имеют различные генетические варианты rs1048661 LOXL1: 141Arg — в европейских и южноафриканских популяциях, 141Leu — в восточноазиатских. В соответствии с этим, как отмечается в работе J.L. Wiggs и соавт. [42], полиморфизм rs1048661 гена LOXL1 и детерминируемая им аминокислотная замена Arg141Leu в полипептиде LOXL1 не являются причиной развития заболевания, а лишь, по-видимому, маркируют вовлеченность других, сильно сцепленных с ними полиморфных локусов, имеющих существенное влияние на экспрессию различных генов (например, LOXL1-AS1) и активность белков, значимых для развития глаукомы.

В работе F. Pasutto и соавт. [22] установлены «рисковые» и «нерисковые» для развития ПЭС 14-локусные гаплотипы гена LOXL1 (в их состав входили и изучаемые нами rs2165241 и rs4886776) в итальянской и немецкой популяциях, показаны существенно более высокая частота «рискового» гаплотипа (64,7%) и значительно низкая встречаемость «нерискового» гаплотипа (5,8%) в тканях глаза у больных с ПЭС в сравнении с контрольной группой (21,2 и 27,6% соответственно). Также в этой работе установлено, что уровень экспрессии LOXL1 во всех изученных тканях глаза (радужная оболочка, цилиарное тело, решетчатая пластинка) у индивидуумов с «рисковым» гаплотипом значительно (на 40—50%) снижен в сравнении с индивидуумами с «нерисковым» генотипом. Следует отметить, что в данной работе не выявлено ассоциаций между гаплотипами и уровнем тканевой экспрессии LOXL1-AS1 [22].

Согласно материалам базы данных GeneCards: The Human Gene Database (https://www.genecards.org/), ген LOXL1 (лизолоксидаза пободная 1) кодирует белковый продукт, который необходим для образования и метаболизма эластических волокон и основных компонентов фибриллярных агрегатов. Он является ключевым в метаболизме внеклеточного матрикса и имеет важное значение на начальных стадиях аномального фиброгенеза в тканях. Повышение экспрессии гена LOXL1 и соответственно увеличение продукции компонентов эластических волокон способствуют образованию аномально сшитых агрегатов в путях оттока внутриглазной жидкости, что приводит к нарушению ее оттока из глаза и повышению уровня внутриглазного давления [43]. Нарушение экспрессии гена LOXL1 в различных тканях глаза (радужная оболочка, хрусталик, цилиарное тело) у пациентов с ПЭС/ПЭГ по сравнению с контрольной группой (повышение на ранних стадиях развития заболевания и снижение на ее поздних стадиях) установлено в работе U. Schlötzer-Schrehardt и соавт. [38].

Ген LOXL1-AS1 определяет образование длинной некодирующей РНК (lncRNA), информация о которой записана на противоположной цепи, кодирующей ген LOXL1 [36]. Данные литературы, посвященной lncRNA, свидетельствуют о том, что эти длинные некодирующие РНК имеют множественные биологические эффекты, играющие ключевую роль на различных этапах организации и реализации потока наследственной информации в организме. Они влияют на процессы метилирования ДНК и ремоделирования хроматина. Различные модификации гистонов опосредуют взаимодействие факторов транскрипции с регионами энхансеров, которые вовлечены в посттранскрипционную регуляцию [44, 45].

В работе установлено важное функциональное значение GWAS-значимых для глаукомы полиморфных локусов rs2165241, rs4886776 и rs893818 гена LOXL1. Они демонстрируют существенные эпигенетические эффекты (влияют на аффинность к пяти факторам транскрипции, расположены в регионе промоторов и энхансеров, в области гиперчувствительности к ДНКазе-1), ассоциированы с экспрессией и альтернативным сплайсингом трех генов (LOXL1, LOXL1-AS1, RP11-24D15.1) в патогенетически значимых для формирования глаукомы культурах клеток, органах и тканях, сильно сцеплены с полиморфизмом rs1048661, который обусловливает замену аминокислоты Arg141Leu в полипептиде LOXL1. Эти медико-биологические эффекты данных полиморфных локусов могут лежать в основе их ассоциации с глаукомой. Полученные в работе результаты расширяют имеющиеся к настоящему времени представления о патогенетических механизмах формирования глаукомы.

Участие авторов:

Концепция и дизайн: Н.Е., М.Ч., И.П.

Сбор и обработка материала: Н.Е., М.Ч., И.П.

Написание текста: Н.Е., М.Ч.

Редактирование: М.Ч., Н.Е.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.