Мутация f508del в гетерозиготном состоянии что это
Мутация f508del в гетерозиготном состоянии что это
Сергиенко Д.Ф., Башкина О.А., Галимзянов Х.М.
Введение
Муковисцидоз (МВ) – наиболее частое аутосомно-рецессивное заболевание, обусловленное мутацией гена CFTR (cystic fibrosis transmembrane conductance regulator), характеризующееся клиническим полиморфизмом. Ген CFTR, расположенный на длинном плече хромосомы 7 в области q31, имеющий протяженность около 250 т. п. н. (тысяч пар нуклеотидов) и включающий 27 экзонов, был идентифицирован в результате генетических исследований в 1989 г. [1].
На сегодняшний день выявлено более 1500 мутаций гена, ответственных за развитие симптомов MB, из которых большинство являются редкими или даже уникальными [1–3]. Частота мутаций значительно колеблется в зависимости от популяции. Наиболее распространенной мутацией в мире является делеция трех нуклеотидов в 10-м экзоне, приводящая к потере остатка фенилаланина в 508-м положении молекулы белка (F508del).
В результате многоцентровых исследований было выявлено, что в России наиболее часто встречаются следующие МВ-мутации: F508del – 52,0 %, CFTRdele2,3(21kb) – 6,3 %, N1303K – 2,4 %, 2184insA – 1,8 %, 2143delT – 2,0 %, W1282X – 2,7 %, G542X – 1,9 %, 3849 + 10kbC-T – 1,5 %, R334W – 0,7 %, S1196X – 0,5 %. Общая доля МВ-мутаций, идентифицированных у российских больных, составляет около 75 % всех обследованных мутантных хромосом [1–3].
Влияние специфической CFTR-мутации на тяжесть заболевания зависит от различных факторов, таких как тип мутации (миссенс-мутации, делеционный сдвиг рамки и т. д.), воздействие мутации на структуру и функцию белка (класс мутации) и положение мутации внутри гена (локализация в функциональных или структурных регионах) [1, 5–9].
Западные ученые установили тесную взаимосвязь нарушения экзокринной функции поджелудочной железы с CFTR-генотипом у больных МВ [5, 6, 8]. Вскоре после клонирования гена CFTR недостаточность функции поджелудочной железы была обнаружена практически у всех больных МВ, гомозиготных по мутации F508del, что подтвердило тесную связь между панкреатическим статусом и CFTR-генотипом [6, 7, 9]. В 1990-х гг. была идентифицирована группа мутаций, ассоциированных с сохранной функцией поджелудочной железы и эти мутации были определены как “мягкие”. Группа “тяжелых” мутаций связана с формированием панкреатической недостаточности [4, 5]. В настоящее время во всем мире проводятся активные исследования по изучению соответствия генотипа МВ-фенотипу.
Мы проанализировали особенности клинической картины у детей – носителей мутации F508del в гомо- или гетерозиготном состоянии и сравнили особенности течения заболевания у больных МВ с “мягкими” и “тяжелыми” генотипами.
Материал и методы
Было проведено генетическое обследование 132 больных МВ, находившихся на лечении в отделении медицинской генетики Детской республиканской клинической больницы (Москва). Возраст обследованных больных колебался от 2 месяцев до 18 лет и в среднем составил 10,2 ± 0,4 года. Среди обследованных пациентов число (73–55,3 %) мальчиков превышало абсолютное число (59–44,7 %) девочек.
В качестве материала для генетических исследований использованы образцы ДНК, выделенные из лейкоцитов цельной крови, пятен крови, нанесенных на фильтровальную бумагу. Выделение ДНК из лейкоцитов периферической крови, ДНК-полимеразную реакцию, анализ расщепления фрагментов ДНК эндонуклеазами, электрофорез фрагментов ДНК в полиакриламидных гелях и визуализацию ДНК с помощью окраски бромистым этидием осуществлялись согласно общепринятым методам. Генетические исследования выполнены в лаборатории генетической эпидемиологии ГУ “Медико-генетический научный центр” РАМН, а также в лаборатории пренатальной диагностики наследственных болезней Института акушерства и гинекологии им. Д.О. Отта АМН РФ.
Статистическая обработка данных выполнена с использованием пакета прикладных программ Statistica 6.0. Различия считались статистически значимыми при достигнутом уровне значимости р
1. Капранов Н.И., Каширская Н.Ю., Воронкова А.Ю. Муковисцидоз: современные достижения и актуальные проблемы. М., 2008. С. 104.
2. Петрова Н.В. Анализ частоты некоторых мутаций в гене CFTR в разных популяциях России // Медицинсая генетика. 2006. № 2. С. 32–9.
3. Тимковская Е.Е. Анализ некоторых мутаций генов частых наследственных болезней в популяциях России // Медицинская генетика. 2005. Т.4. № 6. С. 275.
4. Cystic fibrosis genotype-phenotype consortium. Correlation between genotype and phenotype in patients with cystic fibrosis. Engl J Med1993;329:1308.
5. Cutting GR. Genotype defect: its effect on cellular function and phenotypic expression. Am J RespirCrit Care Med 1994;15:356–63.
6. Davies J. Cystic fibrosis modifier genes. Review. J R Soc Med 2005;98:47–54.
7. De Gracia, Mata JF, Alvarez A, et al.Genotypephenotype correlation for pulmonary function in cystic fibrosis. Thorax 2005;60:558–63.
8. Salvatore F, Scudiero O, Castaldo G. Genotypephenotype correlation in cystic fibrosis: The role of modifier genes. Am J Med Genet 2002;111:88–95.
9. Wine JJ. The genesis of cystic fibrosis lung disease. J Clinical Inv 1999;103:309–12.
b-Муковисцидоз. Мутации гена и их проявления.
Опубликовано Ольга Алекина в 10.01.2014 10.01.2014
» data-medium-file=»https://cfmo.ru/wp-content/uploads/2017/12/Муковисцидоз.-Мутации-гена-и-их-проявления.-300×298.jpg» data-large-file=»https://cfmo.ru/wp-content/uploads/2017/12/Муковисцидоз.-Мутации-гена-и-их-проявления..jpg» loading=»lazy» src=»http://cfmo.ru/wp-content/uploads/2017/12/%D0%9C%D1%83%D0%BA%D0%BE%D0%B2%D0%B8%D1%81%D1%86%D0%B8%D0%B4%D0%BE%D0%B7.-%D0%9C%D1%83%D1%82%D0%B0%D1%86%D0%B8%D0%B8-%D0%B3%D0%B5%D0%BD%D0%B0-%D0%B8-%D0%B8%D1%85-%D0%BF%D1%80%D0%BE%D1%8F%D0%B2%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F..jpg» alt=»» width=»530″ height=»527″ srcset=»https://cfmo.ru/wp-content/uploads/2017/12/Муковисцидоз.-Мутации-гена-и-их-проявления..jpg 530w, https://cfmo.ru/wp-content/uploads/2017/12/Муковисцидоз.-Мутации-гена-и-их-проявления.-150×150.jpg 150w, https://cfmo.ru/wp-content/uploads/2017/12/Муковисцидоз.-Мутации-гена-и-их-проявления.-300×298.jpg 300w» sizes=»(max-width: 530px) 100vw, 530px» />
Protein synthesis. Detail showing protein synthesis using messenger RNA created during DNA transcription.
Муковисцидоз – наследственное заболевание, при котором нарушается работа CFTR белка, который отвечает за транспорт ионов хлора в клетках. Заболевание вызвано мутацией в гене, находящемся в 7й хромосоме. Известно около 1000 различных мутаций этого гена, которые приводят к различным изменениям в белке CFTR: к полному его отсутствию, уменьшению количества, изменению структуры и функции, и, соответственно, обуславливают различное течение заболевания. Подробнее о видах мутаций при МВ и их проявлениях расскажем в это статье.
Синтез белка в клетке
Белок – органическая молекула, состоящая из длинной цепочки аминокислотных остатков, и сворачивающаяся определенным образом. Нарушение последовательности аминокислотных остатков в цепочке приводит к неправильному сворачиванию белка и нарушению его функции.
Синтез белка в клетке многоступенчатый сложный процесс, основную роль в котором играет молекула ДНК. Отрезок ДНК, содержащий информацию о структуре одного белка, называют геном. Молекула ДНК содержит несколько сотен генов.
Информация о последовательности аминокислотных остатков в белковой цепочке записана в ДНК в виде определенно сочетающихся нуклеотидов. Каждой аминокислоте белка соответствует участок цепи ДНК из трех рядом стоящих нуклеотидов. Всего в ДНК 4 вида нуклеотидов: пуриновые — аденин (А), гунин (Г) и пиримидиновые — цитозин (Ц) тимин (Т),.
Поскольку ДНК находится в ядре клетки, а синтез белка происходит в цитоплазме, существует посредник, передающий информацию с ДНК на рибосомы. Таким посредником является и-РНК (информационная РНК):
Можно выделить основные этапы синтеза белка:
Схематично эти этапы показаны на рисунке.
Ниже показана рибосома (зеленая), ползущая по РНК (синяя), и постепенно появляющаяся аминокислотная цепочка (желтая).
» data-medium-file=»https://cfmo.ru/wp-content/uploads/2017/12/Муковисцидоз.-Мутации-гена-и-их-проявления.-3-300×233.jpg» data-large-file=»https://cfmo.ru/wp-content/uploads/2017/12/Муковисцидоз.-Мутации-гена-и-их-проявления.-3.jpg» loading=»lazy» src=»http://cfmo.ru/wp-content/uploads/2017/12/%D0%9C%D1%83%D0%BA%D0%BE%D0%B2%D0%B8%D1%81%D1%86%D0%B8%D0%B4%D0%BE%D0%B7.-%D0%9C%D1%83%D1%82%D0%B0%D1%86%D0%B8%D0%B8-%D0%B3%D0%B5%D0%BD%D0%B0-%D0%B8-%D0%B8%D1%85-%D0%BF%D1%80%D0%BE%D1%8F%D0%B2%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F.-3.jpg» alt=»» width=»530″ height=»411″ srcset=»https://cfmo.ru/wp-content/uploads/2017/12/Муковисцидоз.-Мутации-гена-и-их-проявления.-3.jpg 530w, https://cfmo.ru/wp-content/uploads/2017/12/Муковисцидоз.-Мутации-гена-и-их-проявления.-3-300×233.jpg 300w» sizes=»(max-width: 530px) 100vw, 530px» />
Protein synthesis. Computer artwork of protein being synthesized by a ribosome. Ribosomes are protein particles that are found in cell cytoplasm. Each ribosome has a large and a small subunit. Messenger ribonucleic acid (mRNA, purple) passes between the two subunits and provides the instructions for the assembly of a protein (polypeptide) chain (yellow) from amino acids. The mRNA originates in the cell’s nucleus, and is a copy of the information coded in DNA (deoxyribonucleic acid). The process of protein synthesis from mRNA in ribosomes is known as translation. Different sequences of mRNA produce different proteins.
Итак, в ДНК в последовательности нуклеотидов закодирована информация о структуре будущего белка. Поэтому любое изменение (мутация) в гене (участке ДНК) приводит к изменениям в синтезируемом белке.
Какие существуют классы мутация?
Мутации при МВ подразделяют на 6 классов.
Мутации, при которых нарушается синтез мРНК. В результате появляется дефектная, короткая мРНК, и белок CFTR не синтезируется или синтезируется короткий, не полный белок, который не функционирует.
Происходит нарушение формирования вторичной и третичной структуры синтезированного белка и такой белок не достигает мембраны клетки, где должен находиться, а распадается по пути к ней, в цитоплазме. Самая распространенная мутация при муковисцидозе, F508del, относится к этому классу.
В результате мутаций III класса нарушается работа регуляторных доменов CFTR (см подробнее здесь). На клеточной мембране образуется нормальное количество нефункционального белка CFTR.
IV класс мутаций – уменьшается транспорт хлоридов через ионный канал из за слишком быстрого его закрытия. Однако частично каналы работают, то есть сохраняется остаточная функция белка. Мутации IV и последующих классов относят к более «легким».
Класс V мутации приводят к уменьшению количества нормальной мРНК и нормального белка из за нарушений процесса созревания мРНК.
На рисунке показаны 6 классов мутаций при МВ
Мутации в гене муковисцидоза имеют различия по частоте встречаемости (самая частая мутация – F508del) и по распределению в различных популяциях. Например,W1282X чаще встречается у евреев-ашкенази, 2143delT в Германии, Y122X в Исландии, T338I в Сардинии, а 2183AA>G и R1162X в Северо-восточной Италии. В целом, во всем мире лишь небольшое число мутаций встречаются чаще, чем в 0,1% случаев.
В России наиболее часто встречаются следующие МВ мутации:
Процентный состав мутаций в российской популяции [Петрова Н.В.]
| Мутация | Относительная частота встречаемости |
| F508del | 55,9% |
| CFTRdele2,3(21kb) | 6,9% |
| 2143delT | 2,0% |
| W1282X | 1,8% |
| 3849+10kbC>T | 1,8% |
| 2184insA | 1,7% |
| N1303K G542X | 1,5% |
| 91677delTA | 1,4% |
| R334W | 0,8% |
| L138ins 3821delT 394delTT | 0,5% |
| S1196X | 0,4% |
| 3944delTG | 0,3% |
| 604insA 621+1G>T 2789+5G>A 2183AA>G | 0,2% |
| R347P R1162X 1898-1G>A W1282R 3667insTCAA D572N K598ins 3120+1G>A G480C R668C del ex4-10 | 0,06% |
| не идентифицированные | 21,2% |
Разделение часто встречающихся мутаций по классам
Нарушение синтеза белка
Нарушение процессинга или транспорта
Снижение уровня нормальных молекул белка или РНК
Изменение свойств регуляции других ионных каналов
В целом, мутации I-III классов вызывают более серьезные нарушения функции CFTR-белка, чем мутации IV или V классов. У пациентов, у которых обе мутации относятся к I-III классам, наблюдается выраженное поражение поджелудочной железы, нарушение питания, высокая частота встречаемости мекониального илеуса, МЗСД, более раннее и тяжелое проявление нарушений легочной функции, высокий уровень хлоридов пота.
Мутации IV-V классов обычно сопровождаются более легкой формой поражения легких, функция поджелудочной железы достаточная.
При сочетании мутаций IV-V и I-III классов доминирующее влияние на фенотип оказывают мутации IV-V классов. То есть «Мягкие» мутации обладают доминантным эффектом. У пациентов с двумя «мягкими» мутациями частично сохранена функция CFTR белка. В результате сохраняется функция ПЖ, нормальные или пограничные значения хлоридов пота, долго сохраняется легочная функция. Такой вариант МВ часто называют атипичным. При наличии двух «мягких» мутаций может наблюдаться лишь один из признаков МВ: полипы носа, частые синуситы, рецидивирующий панкреатит, цирроз печени, портальная гипертензия, признаки бронхоэктазов, обструктивная азооспермия, мекониальный илеус, астма, задержка роста, аллергический бронхолегочный аспергиллез, диффузный панбронхиолит, псевдо-Баттер синдром. При наличии этих признаков рекомендовано обследование на МВ в специализированном медико-генетическом центре и регулярное наблюдение врачей.
Наиболее четкая взаимосвязь между генотипом и клиническими проявлениями МВ наблюдается только для патологии поджелудочной железы. Для легочной патологии взаимосвязь между генотипом и фенотипом гораздо менее выражена. Обнаружен целый ряд генов – модификаторов иммунного ответа, которые влияют на выраженность поражения легких при МВ. Наличие этих генов, их влияние на формирование иммунного ответа, на восприимчивость к P aerugenosa, а также влияние факторов внешней среды (курение, воздействие аллергенов, правильность назначаемой терапии) объясняет разное протекание МВ у носителей одинаковых мутаций и даже у членов одной семьи.
Генотип и нарушение функции поджелудочной железы
При мутациях I-III классов функция ПЖ нарушена, при мутациях IV-V классов функция ПЖ остается достаточной. Сочетание мутаций I-III и IV-V классов достаточно для сохранения функции ПЖ на компенсированном уровне. Однако с возрастом и в этом случае можно развиваться недостаточность ПЖ, а также рецидивирующий острый и хронический панкреатиты.
Влияние мутаций гена МВ на функцию поджелудочной железы [Петрова Н.В.;G. Castellani et al.]
| Достаточная функция поджелудочной железы, «мягкие» мутации | Выраженное поражение поджелудочной железы, «тяжелые» мутации |
| 3272-26A>G 3849+10kbC>T 711+3A>G A455E D110H D1152H D1270N D565G G178R G576A K598ins L138ins L206W R117C R117H R334W R347P R347P R352Q R668C V232D | l507del; R1162X; 1078delT 1609delCA 1677delTA; 1717-1G>A; 1811+1.6kbA>G 1898+1G>A 1898+5G>T 2143delT 2183AA>G 2184delA; 2184insA; 2751+2T>A 2789+5G>A 2869insG 296+1G>C 3120+1G>A 3659delC 3667insTCAA; 3821delT; Y122X 3905insT 3944delTG 394delTT; 604insA; 621+1G>T; 711+1G>T CFTRdele2,3(21kb); E822X F508del; G542X; G551D; G85E; K710X N1303K; Q890X R1066C R1070Q-S466X R1158X R553X; R560T; S1196X; S549N W122X; W1282X; W496X |
Генотип МВ и поражение легких
При мутациях I-III классов скорость снижения функции легких выше, чем при мутациях IV-V классов.
Замечено, что больные МВ, гомозиготы по мутации F508del, и гетерозиготные по мутациям F508del и мутациям в регионах гена, кодирующих нуклеотид-связывающие домены (NBF), более чувствительны к инфекции P.aeruginosa. Все МВ больные, гомозиготные по F508del мутации, имеют тяжелые поражения легких.
Кроме того, обнаружено, что у МВ больных, имеющих мягкие мутации и сохранную функцию поджелудочной железы, наблюдается менее тяжелое поражение легких и риск колонизации P.aeruginosa у них ниже, что предполагает взаимосвязь между проявлением нарушений функции поджелудочной железы и функцией легких. Однако по данным других авторов характер поражения легких, в отличие от характера поражения поджелудочной железы, впрямую не зависит от CFTR генотипа.
Другие проявления МВ
При мутациях I-III классов чаще встречаются и более выражены такие проявления муковисидоза, как поражение печени, мекониальный илеус, синдром дистальной интерстициальной обструкции, муковисцидоззависимый сахарный диабет. Однако не доказаны связи между конкретной мутацией и развитием этих осложнений.
Мужское бесплодие. Обструктивная азооспермия наблюдается почти у всех мужчин с МВ и связана с врожденным двусторонним отсутствием семявыносящих протоков. Фертильные мужчины с МВ обычно являются носителями мутации 3849+10kbC>T.
Специфическая терапия при разных типах мутаций
В настоящее время ведется активный поиск препаратов, которые смогут восстановить нормальный синтез и работу CFTR белка.
Выделяют 3 основных группы веществ
Все исследования находятся на разных стадиях, и только для мутации G551D (VI класс) препарат Kalydeco, разработанный компанией Vertex, в 2012 году получил одобрение FDA и применяется для лечения.
Этой же компанией ведется испытание комбинации Kalydeco и препарата с условным названием V890. Разработчики сообщили о существенном улучшении функции легких при применении этих препаратов у пациентов, гомозиготных по наиболее распространенной мутации F508del (подробнее). Ведутся исследования возможности использования куркумина (растительного препарата) в качестве корректора при мутациях II класса.
Для мутаций I класса G542X, Y122X и R553X, при которых синтезируется дефектная мРНК, показано, что при применении аминогликозидных антибиотиков (гентамицина) наблюдается синтез полноцепочечных мРНК и образование некоторых количеств нормального CFTR белка. Однако применение этих антибиотиков вызывает значительнные побочные эффекты. Ведутся поиски менее токсичных аналогов.
Более успешными являются исследования использования нового вещества аталурена у пациентов с мутациями I класса. Разработка находится на 3 фазе (клинические испытания), и в июне 2012 г PTC Therapeutics (компания-разработчик) объявила о достоверных улучшениях функции легких при применении данного препарата.
Итак, выделены 6 классов мутаций при МВ, с различным механизмом нарушения функции CFTR белка. Понимание причин развития патологического процесса при разных классах мутаций позволяет вести разработки специфических для каждого класса мутаций лекарств.
Прослеживается четкая взаимосвязь генотипа и поражения ПЖ. На тип протекания легочной патологии оказывают значительное влияние гены-регуляторы иммунного ответа, потому очевидной связи между генотипом и нарушением функции легких не обнаружено.
Возможно атипичное протекание МВ с преобладанием лишь одного из симптомов. При наличии даже одного из симптомов МВ важно провести диагностическое обследование для своевременное назначения адекватной терапии, которая позволит предотвратить развитие с возрастом тяжелых поражений органов.
Капранов Н.И., Каширская Н.Ю., Шерман В.Д.и др. Муковисцидоз. Современные достижения и актуальные проблемы. Методические рекомендации. М., 2011.
Н.И. Капранов, Каширская Н.Ю., Петрова Н.В Муковисцидоз. Достижения и проблемы на современном этапе
J. Hull and A. Thomson Contribution of genetic factors other than CFTR to disease severity in cystic fibrosis
Salvatore F, Scudiero O, Castaldo G. Genotype-phenotype correlation in cystic fibrosis: the role of modifier genes.
Ronald L. Gibson, Jane L. Burns and Bonnie W. Ramsey. Pathophysiology and Management of Pulmonary Infections in Cystic Fibrosis
J de Gracia, F Mata, A Aґ lvarez, T Casals, S Gatner, M Vendrell, D de la Rosa, L Guarner,
E Hermosilla. Genotype-phenotype correlation for pulmonary function in cystic fibrosis
Rebecca K Rowntree and Ann Harris The phenotypic consequence of CFTR mutation. Review
Т. Гембицкая, А. Черменский, Е. Бойцова Муковисцидоз сегодня: достижения и проблемы, перспективы этиопатогенетической терапии
Мутация f508del в гетерозиготном состоянии что это
Комплексное генетическое исследование, которое позволяет выявить 28 наиболее часто встречающихся на территории России мутаций гена CFTR, приводящих к развитию тяжелого наследственного заболевания муковисцидоза.
Какой биоматериал можно использовать для исследования?
Венозную кровь, буккальный (щечный) эпителий.
Как правильно подготовиться к исследованию?
Специальной подготовки не требуется.
Общая информация об исследовании
Муковисцидоз (синоним – кистозный фиброз) – одно из наиболее распространенных аутосомно-рецессивных наследственных заболеваний человека. Он характеризуется нарушением функции эпителия дыхательных путей, кишечника, поджелудочной железы, потовых и половых желез.
Причиной развития муковисцидоза являются мутации в гене CFTR (cystic fibrosis transmembrane regulator), кодирующем АТФ-связывающий белок, который формирует канал для ионов хлора в клеточных стенках. Мутации приводят к нарушению транспорта электролитов и ионов хлора через мембраны эпителиальных клеток, что сопровождается усилением секреции густой слизи и закупоркой выводящих протоков различных желез.
Существует несколько форм муковисцидоза:
В каждой клетке нашего организма имеется две копии гена CFTR. Одна копия достается от отца, а вторая от матери. Заболевание муковисцидоз аутосомно-рецессивное, т. е. развивается оно только при условии, что ребенок получает и от отца, и от матери мутантный ген CFTR. При этом родители, у которых вторые копии гена CFTR нормальные, не страдают муковисцидозом и порой даже не догадываются о его носительстве. По статистике, в европейской популяции носителем мутаций гена CFTR в среднем является каждый 25-й человек.
Насчитывается примерно одна тысяча различных мутаций в гене CFTR. Они встречаются с различной частотой в разных популяциях. Некоторые нарушения в гене могут не иметь никаких проявлений. Но большая часть мутаций вызывает патологический эффект, т. к. приводит к нарушению функционирования белка.
В данное комплексное исследование включен анализ гена CFTR на 28 мутаций, наиболее распространенных на территории РФ, Восточной Европы и Скандинавии и связанных с развитием тяжелых клинических форм муковисцидоза. Исследование позволяет выявлять до 95 % всех возможных больных, что существенно превышает разрешающие способности утвержденного в России скрининга.
Исследование поможет не только подтвердить или опровергнуть диагноз «муковисцидоз», но и выявить носительство мутации у здоровых людей. Особенно важно проводить генетическое тестирование в семьях, в которых есть больные муковисцидозом, поскольку у пары, где оба родителя являются носителями мутаций, вероятность рождения больного ребенка составляет 25 %.
До сих пор муковисцидоз считается неизлечимым заболеванием, но ранняя диагностика и адекватная терапия значительно улучшают прогноз заболевания и продляют пациенту жизнь.
Перечень исследуемых мутаций в гене CFTR: