Курилова О.В.

ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр терапии и профилактической медицины» Минздрава России

Климушина М.В.

ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр терапии и профилактической медицины» Минздрава России

Киселева А.В.

ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр терапии и профилактической медицины» Минздрава России

Ершова А.И.

ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр профилактической медицины» Минздрава России

Сотникова Е.А.

ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр терапии и профилактической медицины» Минздрава России

Дивашук М.Г.

ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр терапии и профилактической медицины» Минздрава России

Хлебус Э.Ю.

ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр терапии и профилактической медицины» Минздрава России

Скирко О.П.

ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр терапии и профилактической медицины» Минздрава России

Ефимова И.А.

ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр терапии и профилактической медицины» Минздрава России

Шальнова С.А.

ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр терапии и профилактической медицины» Минздрава России

Сломинский П.А.

ФБГУ Институт молекулярной генетики Национального исследовательского центра «Курчатовский институт»

Мешков А.Н.

ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр терапии и профилактической медицины» Минздрава России

Драпкина О.М.

ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр терапии и профилактической медицины» Минздрава России;
ФГБОУ ВО «Московский государственный медико-стоматологический университет им. А.И. Евдокимова» Минздрава России

Частота гетерозиготного носительства вариантов нуклеотидной последовательности гена PAH, ассоциированных с развитием фенилкетонурии, в популяционном исследовании ЭССЕ-Вологда

Авторы:

Курилова О.В., Климушина М.В., Киселева А.В., Ершова А.И., Сотникова Е.А., Дивашук М.Г., Хлебус Э.Ю., Скирко О.П., Ефимова И.А., Шальнова С.А., Сломинский П.А., Мешков А.Н., Драпкина О.М.

Подробнее об авторах

Прочитано: 3842 раза


Как цитировать:

Курилова О.В., Курилова О.В., Климушина М.В., и др. Частота гетерозиготного носительства вариантов нуклеотидной последовательности гена PAH, ассоциированных с развитием фенилкетонурии, в популяционном исследовании ЭССЕ-Вологда. Молекулярная генетика, микробиология и вирусология. 2021;39(2):38‑45.
Kurilova OV, Klimushina MV, Kiseleva AV, et al. Carrier frequency of heterozygous phenylketonuria mutations in the population-based cohort study (ESSE-VOLOGDA). Molecular Genetics, Microbiology and Virology. 2021;39(2):38‑45. (In Russ.)
https://doi.org/10.17116/molgen20213902138

Рекомендуем статьи по данной теме:
По­пу­ля­ци­он­ное ис­сле­до­ва­ние су­ици­даль­но­го по­ве­де­ния у де­тей и под­рос­тков в Рос­сий­ской Фе­де­ра­ции в 2023 г.. Жур­нал нев­ро­ло­гии и пси­хи­ат­рии им. С.С. Кор­са­ко­ва. Спец­вы­пус­ки. 2024;(11-2):27-35

Фенилкетонурия (ФКУ) — аутосомно-рецессивное заболевание обмена веществ, связанное с недостаточной активностью фермента фенилаланингидроксилазы (ФАГ). ФКУ характеризуется нарушением умственного развития, а также может сопровождаться такими симптомами, как атопический дерматит, аутизм, задержка моторного развития, судороги. Психомоторные нарушения появляются с первых месяцев жизни ребенка [1].Частота ФКУ значительно варьирует в зависимости от популяции: средняя частота в РФ, по данным неонатального скрининга, составляет 1:7000 новорожденных [2].

Причиной развития ФКУ являются патогенные мутации в гене ФАГ (PAH). В настоящее время описано более 1100 вариантов нуклеотидной последовательности гена PAH [3]. Частота и спектр патогенных вариантов может варьировать в зависимости от региона и этнической принадлежности [4, 5]. По данным молекулярно-генетических исследований, проводившихся среди больных ФКУ в различных областях РФ, наиболее частыми являются варианты: R408W (rs5030858), Y414C (rs5030860), P281L (rs5030851), A300S (rs5030853), IVS12+1G>A (rs5030861), IVS10-11G>A (rs5030855) R261Q (rs5030849) [5—9]. Наблюдается высокая частота гетерозиготного носительства вариантов нуклеотидной последовательности гена PAH среди здорового населения РФ и в среднем составляет 1:35 [10, 11]. Однако популяционные исследования ранее не проводились. Все это делает актуальным изучение состава и частоты полиморфных вариантов, вызывающих развитие ФКУ, в различных регионах России, а также поиск метода, пригодного для проведения широкого скрининга не только в семьях высокого риска, но и у людей с неотягощенным семейным анамнезом, планирующих беременность. В связи с этим целью данного исследования была разработка специализированной панели для диагностики гетерозиготного носительства вариантов нуклеотидной последовательности гена PAH и ее апробация на популяционной выборке ЭССЕ-Вологда.

Материал и методы

Участники исследования. В исследование случайным образом было включено 642 человека из популяционной выборки (1642 человека, возраст 25 лет —64 года) исследования «Эпидемиология сердечно-сосудистых заболеваний в различных регионах Российской Федерации» (ЭССЕ-РФ), проведенного в Вологодской области (ЭССЕ-Вологда). Взятие крови из локтевой вены проводили натощак после 12 ч голодания. Образцы биологического материала замораживали и хранили при температуре не выше –20 °C до момента отправки в федеральный координационный центр (ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр профилактической медицины» Минздрава России), для проведения анализов крови. Кровь собирали в пробирки с ЭДТА. Исследование было выполнено в соответствии со стандартами надлежащей клинической практики (Good Clinical Practice) и принципами Хельсинкской декларации. Исследование было одобрено этическими комитетами федерального и регионального центров. Информированное согласие на участие в исследовании пациенты подписывали на этапе проведения ЭССЕ-Вологда.

Молекулярно-генетическое тестирование, разработка диагностических панелей для моногенных заболеваний. Выделение ДНК проводили с помощью набора QIAamp DNA Blood Mini Kit (Qiagen, Германия). Концентрацию ДНК определяли на спектрофотометре NanoPhotometer (Implen, Германия). Панели для генетической диагностики с помощью ПЦР в реальном времени были разработаны для анализа на приборе Quant Studio 12K Flex Real-Time PCR System (Thermo Fisher Scientific, США), который себя хорошо зарекомендовал в качестве высокопроизводительного при генотипировании и анализе экспрессии генов [12]. По рекомендациям фирмы-производителя необходимая для системы Quant Studio 12K Flex Real-Time PCR концентрация ДНК составляет 50 нг/мкл, кроме того требуется оценка чистоты образцов ДНК на спектрофотометре и соотношение показателей A260/A280 и A260/A230 должно быть между 1,7 и 1,9. Было выявлено, что при концентрации образцов ДНК менее 10 нг/мкл в среднем доля выявленных генотипов (call rate) составляет 50%, что является низким показателем для такого метода. Для концентраций выше 10 нг/мкл доля выявленных генотипов составляла в среднем 90%, оптимальной была концентрация 30—50 нг/мкл. Анализ проводили с использованием методики TaqMan (Thermo Fisher Scientific, США) согласно протоколам производителя. Найденный вариант подтверждался методом секвенирования по Сэнгеру на Applied Biosystem 3500 (Thermo Fisher Scientific, США) с использованием реактивов и протоколов фирмы-производителя.

Результаты и обсуждение

Создание перечня генетических вариантов гена PAH для диагностической панели. Для создания панели были использованы данные о частотах патогенных вариантов PAH, выявленных в проведенных ранее исследованиях больных ФКУ в Воронеже, Самаре, Курске, Москве, Ростовской и Московской областях и Центральном регионе России [5—9, 13, 14], а также данные о частотах гетерозиготного носительства вариантов PAH в различных когортах жителей РФ [10, 11]. После анализа данных спектра и распространенности патогенных вариантов, отбирали наиболее частые и характерные для российской популяции. Всего в диагностическую панель вошло 23 варианта нуклеотидной последовательности гена PAH (табл. 1). Наиболее частые из них: R408W — частота среди больных в разных регионах России варьирует от 47,9 до 75%, IVS12+1G>A (от 3,3 до 4,2%), R158Q (от 1,5 до 2,7%), R261Q (от 0,7 до 9,9%), P281L (от 0,7 до 9,1%), R252W (от 1,7 до 2,2%), IVS4+5G>T и Y414C (от 0,8 до 2,8%). Эффективность детекции носителей (detection efficiency of carriers или detection rate) с помощью данной панели составляет примерно 90%.

Таблица 1. Аннотация вариантов нуклеотидных последовательностей гена PAH, включенных в диагностическую панель

Мутация в гене РАН

rs ID

Аннотация

ID зонда

Аллельная частота ExAC

Аллельная частота у европейцев (кроме финов) ExAC

Частота у российских пациентов с ФКУ (%)

Регион исследования

1

R408W

rs5030858

missense

C__32329998_10

0,0006594

0,001109

62,31

Ростовская область [8]

48,6

Центральный регион [6]

55,4

Воронеж [13]

50

Самара [13]

50

Московская область [13]

75

Курск [13]

47,9

Москва [9]

2

A403V

rs5030857

missense

C__27863418_20

0,0005358

0,0009294

1,1

Центральный регион [6]

0,4

Ростовская область [7]

3

Y414C

rs5030860

missense

ANGZJJD

0,0004945

0,0008243

2,8

Москва [9]

0,4

Ростовская область [7]

0,8

Центральный регион [6]

4

A300S

rs5030853

missense

C__27863387_20

0,0004462

0,0007209

0,7

Москва [9]

0,79

Ростовская область [7]

5

IVS12+1G>A

rs5030861

splice donor

C__32329996_10

0,0003465

0,0006

3,85

Ростовская область [8]

3,97

Ростовская область [7]

3,3

Центральный регион [6]

4,2

Москва [9]

6

R261Q

rs5030849

missense

AN9HNAZ

0,0002719

0,0004196

3,85

Ростовская область [8]

3,57

Ростовская область [7]

6,5

Самара [13]

6,3

Курск [13]

0,7

Данные МГНЦ3 [13]

5,3

Центральный регион [6]

9,9

Москва [9]

7

IVS10-11G>A

rs5030855

intron variant

C__32330003_20

0,0002727

0,0004053

3,85

Ростовская область [8]

2,2

Центральный регион [6]

8

R158Q

rs5030843

missense

C__32330008_10

0,00009896

0,00018

2,69

Ростовская область [8]

2,7

Воронеж [13]

2,2

Самара [13]

1,5

Данные МГНЦ3 [13]

2,5

Центральный регион [6]

3,5

Москва [9]

9

P281L

rs5030851

missense

C__27863379_10

0,00009884

0,0001798

2,69

Ростовская область [8]

5

Центральный регион [6]

2,7

Воронеж [13]

4,3

Самара [13]

9,1

Московская область [13]

6,3

Курск [13]

7,5

Данные МГНЦ3 [13]

0,7

Москва[9]

10

L48S

rs5030841

missense

C__61900229_20

0,00008238

0,0001499

2,1

Москва [9]

0,4

Ростовская область [7]

1,7

Центральный регион [6]

11

R243X

rs5030846

stop gained

C__27863366_10

0,00004952

0,0000901

1,4

Центральный регион [6]

0,4

Ростовская область [7]

12

R252W

rs5030847

missense

C____657294_10

0,00004945

0,00008995

1,92

Ростовская область [8]

2,2

Самара [13]

1,5

Данные МГНЦ3 [13]

1,7

Центральный регион [6]

2,1

Москва [9]

13

S349P

rs62508646

missense

ANCE79N

0,00003332

0,00004534

14

IVS2+5G>C

rs62507288

splice region

ANAAENR

0,0000412

0,00004496

0,6

Центральный регион [6]

15

E280K

rs62508698

missense

ANDJ2UK

0,00004118

0,00004495

0,7

Москва [9]

0,8

Центральный регион [6]

16

IVS4+5G>T

rs62507321

splice region

C__89758964_10

0,00004118

0,00004495

2,8

Москва [9]

0,79

Ростовская область [7]

1,1

Центральный регион [6]

17

R243Q

rs62508588

missense

C__64676825_10

0,00007428

0,00003003

0,8

Центральный регион [6]

18

R111X

rs76296470

stop gained

C__33221788_10

0,00004943

0,00002997

2,1

Москва[9]

19

I306V

rs62642934

missense

C__27863391_20

0,000008251

0,00001501

0,4

Ростовская область [7]

20

c,47_48delCT

rs62642906

frameshift

C__89759003_20

0,000008238

0,00001499

0,4

Ростовская область [7]

21

c,664_665delGA

rs62514936

frameshift

C_104519192_20

0,000008239

0,00001499

2,1

Москва [9]

22

R261X

rs5030850

stop gained

C__27528517_10

0,000008239

0,00001498

1,2

Ростовская область [8]

0,8

Центральный регион [6]

1,4

Москва [9]

23

EX5del

Рп19::chr12:103260374-103260441

ANH6D4A

1,92

Ростовская область [8]

Примечание. MAF — частота редкого аллеля; а MAF согласно базе данных ExAC (https://exac.broadinstitute.org/); b — MAF среди европейского населения (кроме финнов) согласно базе данных ExAC.

Обоснование выбора технологии для диагностической панели. Диагностическую панель разработали с использованием технологии Open Array (Thermo Fisher Scientific, США), с помощью которой возможно создавать форматы, позволяющие единовременно анализировать от 12 до 240 вариантов нуклеотидных последовательностей, используя систему Quant Studio 12K Flex Real-Time PCR на основе полимеразной цепной реакции (ПЦР) в реальном времени в современном формате нанофлюидного слайда. Технология Open Array обеспечивает высокую пропускную способность и низкую трудозатратность при невысокой стоимости анализа. Этот метод используется для лабораторных исследований в медицине: при изучении болезни Паркинсона [15], для анализа экспрессии генов, связанных с развитием злокачественных образований [16], а также для проведения молекулярно-генетического тестирования на наличие мутаций, связанных с потерей слуха [17].

Апробация диагностической панели на носительство гетерозиготных вариантов нуклеотидной последовательности гена PAH. Определение носительства гетерозиготных вариантов нуклеотидной последовательности гена PAH выполнили у 642 (44% мужчин) участников исследования, средний возраст которых составил 44±11 лет.

В результате исследования выявлено 17 гетерозиготных носителей вариантов, ассоциированных с ФКУ, частота в выборке — 2,65% (95% ДИ 1,55—4,21), или 1:38, что согласуется с данными другого исследования, проведенного в Москве и включающего 2168 здоровых индивидов, где частота носительства мутаций гена PAH составила 1:33 [11].

Всего было выявлено шесть гетерозиготных вариантов нуклеотидной последовательности гена PAH: R408W (rs5030858), A403V (rs5030857), I306V (rs62642934), L48S (rs5030841), IVS12+1G>A (rs5030861), R261Q (rs5030849_C_Т) (табл. 2).

Таблица 2. Результаты апробации разработанной диагностической панели на популяционной выборке ЭССЕ-Вологда, n=642

Название мутации

rs ID

Частота гетерозигот, %

MAF в выборке ЭССЕ- Вологда, %

MAF (gnomAD)а,

%

MAF (gnomAD-EUR)b,

%

1

R408W

rs5030858

1,56

0,779

0,09

0,172

2

A403V

rs5030857

0,31

0,156

0,06

0,074

3

I306V

rs62642934

0,31

0,156

0,002

0,004

4

L48S

rs5030841

0,16

0,078

0,01

0,017

5

IVS12+1G>A

rs5030861

0,16

0,078

0,04

0,081

6

R261Q

rs5030849_C_Т

0,16

0,078

0,02719

0,04

Всего

2,65

Примечание. MAF — частота редкого аллеля; а — MAF согласно базе данных gnomAD (https://gnomad.broadinstitute.org/); b — MAF среди европейского населения (кроме финнов) согласно базе данных gnomAD.

Средняя точность генотипирования, доля выявленных с помощью системы Quant Studio 12K Flex Real-Time PCR генотипов (call rate), составила 93,5%. Воспроизводимость результатов генотипирования оценивали на двух плашках Open Array в разные дни разными сотрудниками, с использованием разных микродозаторов. В результате доля выявленных генотипов (call rate), полученных на одной плашке, составила 93%, на второй — 99%. Воспроизводимость результатов по параллелям составила в среднем 90%.

В качестве подтверждающего метода проводили автоматическое секвенирование ДНК по Сэнгеру выборочных гетерозиготных образцов, выявленных с помощью разработанной панели, а также гомозиготных образцов дикого типа в качестве контролей. Всего было получено 15 последовательностей с прочтением с прямого и обратного праймеров, во всех случаях генотипы по 6 вариантам нуклеотидных последовательностей гена PAH подтвердились (рисунок).

Верификация результатов генотипирования с помощью секвенирования по Сэнгеру.

На хроматограммах представлены последовательности: 1 — rs5030858 (G\A); 2 — rs5030857 (G\A); 3 — rs62642934 (T/C); 4 — rs5030841 (A/G); 5 — rs5030861 (G/A); 6 — rs5030849 (C/T).

Самым распространенным среди выявленных вариантов нуклеотидной последовательности гена PAH был вариант R408W (частота гетерозигот — 1,56%), что согласуется с данными, полученными на других европейских популяциях и свидетельствующими о том, что вариант R408W является наиболее частой причиной развития ФКУ [4, 18]. R408W (rs5030858) — миссенс-мутация в 12-м экзоне, приводящая к замене аргинина на триптофан в кодоне 408. Популяционных данных о частоте гетерозигот варианта R408W в РФ нет, однако в исследовании, включающем 400 здоровых жительниц Санкт-Петербурга, показано, что частота мутации R408W составила 0,75% [19], а в исследовании, включающем 1000 доноров крови, идентифицирующих себя как русских, частота носительства варианта R408W составила 2,4% [10].

Частота гетерозиготного носительства вариантов A403V (rs5030857) и I306V (rs62642934) в нашем исследовании составила 0,31%. Частота данных мутаций среди больных Ростовской области составляет 0,4% [7].

Описано, что данные варианты связаны с легкими проявлениями ФКУ [20].

Более редкими в нашем исследовании были гетерозиготные варианты L48S (rs5030841), IVS10-11G>A (rs5030855) и R158Q (rs5030843), частота которых составила 0,16%. Вариант L48S является самой частой причиной ФКУ в Сербии, а также он распространен у турецких и итальянских пациентов с ФКУ [21]. Вариант IVS12 + 1G>A имеет европейское происхождение [22]. Его частота у больных ФКУ центрального региона РФ составляет 2,3% [14]. Вариант R261Q является вторым по встречаемости в выборке больных ФКУ Московского региона [9], в Ростовской области частота мутации R261Q у больных ФКУ составляет 3,57% [7]. Вариант R261Q один из наиболее распространенных в странах Южной Европы, а также в Нидерландах и Швейцарии [4].

Таким образом, в Вологодском регионе в среднем на каждые 38 человек приходится 1 здоровый носитель варианта нуклеотидной последовательности, связанного с развитием ФКУ. Это означает, что приблизительно 1 пара из 1400 состоит из двух носителей гетерозиготных вариантов, соответственно, риск рождения ребенка, больного ФКУ, составляет 1:5600. Снижение частоты рецессивных заболеваний можно достичь с помощью проведения преконцепционной профилактики, т.е. скрининга носительства рецессивных аллелей на этапе планирования деторождения. Прямые затраты на лечение больного с ФКУ в течение 16 лет, включающие в себя расходы на медицинские (в том числе диагностические) услуги и диетотерапию (лечебные смеси) составляют около 4,3 млн руб. [23]. В то же время при применении в терапии ФКУ, в соответствии с современными рекомендациями [24], аналога тетрагидробиоптерина (сапроптерина), затраты на лечение возрастают до 15,9 млн руб. [23]. Учитывая себестоимость скрининга на носительство вариантов, ассоциированных с развитием ФКУ, с помощью разработанной диагностической панели, составляющую около 1500 руб., преконцепционная профилактика, направленная на снижение рождаемости детей, больных ФКУ, представляется экономически целесообразной.

Заключение

В результате исследования была разработана панель для выявления гетерозиготного носительства вариантов нуклеотидной последовательности гена РАН. Полученные данные свидетельствуют о высокой частоте гетерозиготного носительства вариантов PAH в российской популяции. Метод определения генотипов с помощью системы Quant Studio 12K Flex Real-Time PCR характеризуется высокой воспроизводимостью, скоростью выполнения и имеет относительно невысокую стоимость анализа. Предложенная панель позволяет одномоментно проводить анализ по 23 вариантам гена PAH и может быть использована для скрининга носительства ФКУ.

Конфликт интересов. Все авторы заявляют об отсутствии потенциального конфликта интересов, требующего раскрытия в данной статье.

The authors declare no conflicts of interest.

Финансирование. Отсутствует.

Настоящая статья не содержит каких-либо исследований с использованием животных в качестве объектов.

Подтверждение e-mail

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

Подтверждение e-mail

Мы используем файлы cооkies для улучшения работы сайта. Оставаясь на нашем сайте, вы соглашаетесь с условиями использования файлов cооkies. Чтобы ознакомиться с нашими Положениями о конфиденциальности и об использовании файлов cookie, нажмите здесь.