Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

ПАРАТГОРМОН-РОДСТВЕННЫЙ ПРОТЕИН. 2-е издание переработанное и дополненное

Курзанов А. Н., Ледванов М. Ю., Быков И. М., Медведев В. Л., Стрыгина Е. А., Бизенкова М. Н., Заболотских Н. В., Ковалев Д. В., Стукова Н. Ю.,

1.2.1.7. Роль генетических дефектов рецептора PTH1R в нарушениях развития органов и тканей

Мутации в PTH1R связаны с несколькими заболеваниями человека, и вовлеченные фенотипы, как правило, согласуются с тем, что рецептор играет особенно важную роль в росте и развитии скелетной ткани. Дефекты в этом рецепторе являются причиной метафизарной хондродисплазии Янсена (JMC) [MIM: 156400], хондродисплазии Бломстранда (BOCD) [MIM: 215045], первичного отказа от прорезывания зуба (PFE) [MIM: 125350], скелетной дисплази Eiken (EISD) [MIM: 600002], а также энходроматоза [MIM: 166000]. Все пять нарушений PTH1R характеризуются различными дефектами развития скелета. Однако генетическая основа этих заболеваний различна (Jobert A.S. et al., 1998; Karaplis A.C. et al., 1998; Zhang P. et al., 1998; Couvineau A. et al., 2008; Duchatelet S. et al., 2005; Schipani E. et al., 1995). Мутации в гене PTHR1 были связаны с первичной недостаточностью прорезывания (PFE) зубов, характеризующейся тяжелым задним открытым прикусом, вызванным проблемами с движением зубов от места их развития в альвеолярной кости до функционального положения в полости рта (Pilz P. et al., 2014). В гетерозиготном состоянии мутация P132L, а также несколько других предсказанных мутаций потери функции в гене PTH1R были связаны с семейными случаями дефектного прорезывания зубов (Decker E. et al., 2008; Frazier-Bowers S.A. et al., 2010; Yamaguchi T. et al., 2011; Risom L. et al., 2013). Роль генетических дефектов рецептора ПТГ/ПТГрП в хондродисплазии была продемонстрирована в исследованиях (Ogata N., 2010). Генетические манипуляции с ПТГрП и его рецепторными генами у мышей продемонстрировали критическую роль этих белков в регулировании переключения между пролиферацией и дифференцировкой хондроцитов. Hopyan S. et al. (2002) идентифицировали мутантный рецептор PTH1R в очагах энхондроматоза человека, который вызывает энхондромоподобные поражения у трансгенных мышей. Мутантный рецептор конститутивно активирует сигнальный белок Indian hedgehog (Ihh), чрезмерная сигнализация которого является достаточной, чтобы вызвать образование локальных очагов поражения. Энхондромы, как правило, находятся в непосредственной близости от хрящевой пластины роста. Допускается, что, они могут быть результатом аномальной регуляции пролиферации и терминальной дифференциации хондроцитов в прилегающем к пластине роста локусе (Hopyan S. et al., 2002). Rozeman L.B. et al. (2004) исследовали PTH1R в энхондромах и хондросаркомах у 31 пациента с энхондроматозом из трех разных европейских стран, тем самым исключая предвзятость населения. Экспрессию белка PTH1R изучали с использованием иммуногистохимии, выявляя нормальную экспрессию. Присутствие описанной мутации PTH1R анализировали, используя аллельспецифическую олигонуклеотидную гибридизацию, подтвержденную анализом последовательности, в опухолях у 26 пациентов. Кроме того, 11 пациентов были подвергнуты скринингу на другие мутации в гене PTH1R путем анализа последовательности. Используя как аллельспецифическую олигонуклеотидную гибридизацию, так и секвенирование, авторы не смогли ни подтвердить ранее обнаруженную мутацию, ни найти какие-либо другие мутации в гене PTH1R. Эти результаты показывают, что ген PTH1R вероятно не является, в отличие от предыдущих предположений, причиной развития энхондроматоза. Энхондроматоз включает в себя несколько различных подтипов, среди которых наиболее распространены болезнь Оллиера и синдром Маффуччи, а другие подтипы (метахондроматоз, генохондроматоз, спондилоэнхондродисплазия и хейроспондилохондроматоз) встречаются крайне редко. Большинство подтипов не являются наследственными, а некоторые являются аутосомно-доминантными или рецессивными. Предполагается, что ген (ы), вызывающий разные подтипы энхондроматоза, участвуют в сигнальных эффектах Ihh на PTH1R в ростовой пластине (Pansuriya T.C. et al., 2010). Болезнь Оллиера и синдром Маффуччи – это редкие, скелетные расстройства, характеризующиеся наличием множественных энхондромов с (Maffucci) или без (Ollier)
сосуществующих множественных гемангиом мягких тканей (Pansuriya T.C et al., 2011). Гетерозиготные мутации PTH1R идентифицированы примерно у 10 % пациентов с болезнью Оллиера. Сообщалось об активации мутации в гене рецептора PTH1R (p.R150C). Считается, что мутация приводит к усилению пути Ihh/ПТГрП (Hopyan S. et al., 2002). В последующем исследование Couvineau A. et al. (2008) для дальнейшего определения роли PTH1R-сигнального пути в болезни Оллиера и синдроме Маффуччи был проведен анализ кодирующие последовательности генов PTH1R, Ihh, ПТГрП в лейкоцитах и/или опухолевой ДНК пациентов, страдающих от болезни Оллиера или синдрома Маффуччи. Авторы идентифицировали три ранее неописанные гетерозиготные миссенс-мутации в PTH1R у пациентов с болезнью Оллиера. Две мутации (p.G121E, p.A122T) присутствовали только в энхондромах и одна (p.R255H) как в энхондроме, таки в лейкоцитарной ДНК. Оценка рецепторной функции показала, что эти три мутации ухудшают функцию PTH1R, уменьшая либо плотность рецептора для ПТГрП, либо экспрессию рецептора на поверхности клетки. Эти мутации не были обнаружены в ДНК из 222 контролей. Полученные данные позволили сделать вывод, что мутации PTH1R, связанные с болезнью Оллиера, приводят к потере функции рецептора, уменьшая рецепторную функцию до ~70 %. Авторы полагают, что это может способствовать заболеванию, но, вероятно, не является его причиной. Pansuriya T.C. et al. (2011) представили первый анализ генома крупнейшей международной серии исследования болезни Оллиера, являющейся наиболее распространенным подтипом энхондроматоза. Полученные геномные профили показали отсутствие больших генетических аберраций при болезни Оллиера. Рецессивные мутации в PTH1R вызывают контрастные скелетные дисплазии в синдромах Эйкена и Бломстранда. Duchatelet S. et al. (2005) идентифицировали гомозиготную мутацию стоп-кодона (R485-стоп) в С-концевом цитоплазматическом домене гена рецептора PTH1R в качестве причины синдрома Эйкена (OMIM # 600002). Такая мутация приводит к появлению рецептора с усеченным С-концевым доменом, что индуцирует очень редкую рецессивную скелетную дисплазию, характеризующуюся задержкой роста кости в руках и ногах, замедленным созреванием скелета и аномальной устойчивостью хряща в малом тазу. По данным Moirangthem et al. (2018) пациенты с синдромом Эйкена имеют также неправильное положение большинства зубов.

Синдром Эйкена отличается от хандродисплазии Янсена и Бломстранда и энхондроматоза, которые являются синдромами, вызванными мутациями PTH1R. Двуаллельные мутации в PTH1R были идентифицированы при остеохондродисплазии Бломстранда, редком, неонатальном летальном состоянии, характеризующемся чрезвычайно выраженными нарушениями развития костных структур; Karaplis A.C. et al., 1998; Zhang P. et al., 1998; Karperien M. et al., 1999). Четыре из пяти мутаций гена PTH1R, идентифицированных на сегодняшний день при остеохондродисплазии Бломстранда, приводят к преждевременной терминальной трансляции из-за либо измененного сплайсинга мРНК (Jobert A.S. et al., 1998, либо ошибок кодирующей рамки (Karperien M. et al., 1999); Hoogendam J. et al., 2007).

Метафизарная хондродисплазия Янсена (OMIM # 156400), является редким аутосомно-доминантным заболеванием, вызванным гетерозиготными, активирующими мутациями PTH1R (Jansen M., 1934; Schipani E. et al. 1995; 1996). У пациентов с метафизарной хондродисплазией Янсена, выявлены карликовость и дисбаланс минеральных ионов (Calvi L.M. and Schipani E., 2000). Пять различных активирующих мутаций рецептора PTHR1 ассоциируются с тяжелыми аномалиями ростовой пластинки и включают крайнюю дезорганизациею метафизов длинных костей. и неправильное расположение зубов, тяжелую ПТГ- и ПТГрП-независимую гиперкальциемию и гипофосфатемию. Идентифицированные точечные мутации происходят в одном из трех консервативных положений аминокислотных остатков, каждое из которых расположено на цитоплазматическом основании спиралей трансмембранного домена: His223 в TM2, Thr410 в TM6 и Arg458 в TM7 (Silve C., Juppner H., 2018). Мутантные рецепторы обнаруживают базальные уровни передачи сигналов цАМФ, которые в несколько раз превышают уровни, наблюдаемые в клетках, трансфицированных PTH1R дикого типа, что, по-видимому, отражает сдвиг конформационного статуса рецептора в активированное состояние. которые могут соединяться с цитоплазматическими G-белками (Schipani E. et al., 1996, 1997, 1999). Лиганд-независимая передача сигналов мутантными рецепторами в клетках костей и почек приводит к аномальному скелетному росту, избыточному обмену костей, хронической гиперкальциемии и гиперфосфатурии. Клинические особенности также включают низкий рост, деформации конечностей, нефрокальциноз и прогрессирующую потерю функции почек. Особенности заболевания проявляются через несколько дней или месяцев после рождения и прогрессируют с возрастом. Профиль болезни согласуется с критической ролью, которую PTH1R играет в формировании эндохондральной кости и в гомеостазе кальция и фосфата, которые обычно контролируются двумя эндогенными пептидными лигандами ПТГрП и ПТГ, соответственно. Для хондродисплазии Янсена не существует эффективного варианта лечения. Обнаружено, что некоторые укороченные с N-конца пептиды-антагонисты ПТГ и ПТГрП функционируют как обратные агонисты и, таким образом, могут снижать высокие скорости передачи сигналов базального цАМФ, демонстрируемые мутантными PTH1Rs. Обратные агонисты являются подклассом лигандов-антагонистов, которые могут связываться с рецептором активного состояния и возвращают его в неактивную конформацию(Berg K.A., Clarke W.P., 2018). Ряд конкурентных лигандов-антагонистов для PTH1R формируются фрагментом ПТГрП (7–36) (Carter P.H. et al., 1999). Предполагается, что пациентов с болезнью Янсена можно лечить аналогом лиганда ПТГ или ПТГрП, который действует, как обратный агонист (Carter P.H. et al., 2001; Saito H. et al., 2018). Недавно Noda, H. et al., (2020) исследовали эффекты обратного агонистического лиганда [Leu11, dTrp12, Trp23, Tyr36] –PTHrP (7–36) NH2 (IA), in vivo на скелетные аномалии, которые возникают у трансгенных мышей, экспрессирующих мутантный PTH1R-H223R в клетках остеобластов. Авторы установили, что обратный агонист-лиганд рецептора PTH1R частично восстанавливает скелетные дефекты в мышиной модели метафизарной хондродисплазии Янсена и зафиксировали значительное улучшение основных параметров скелета, по сравнению с контролем после 2 недель инъекции этого пептида, поскольку он уменьшал избыточную массу губчатой кости, фиброз костного мозга и уровни маркеров костного метаболизма в крови и моче. Общие результаты подтверждают концепцию, что обратные агонистические лиганды, нацеленные на мутантные варианты PTH1R, могут иметь эффективность in vivo. Дальнейшие исследования таких аналогов лиганда PTH1R могли бы помочь открыть пути к первому варианту лечения этого деформирующего скелетного расстройства. Недавно выявлены новые варианты наследственных остеодистрофий, связанных с инактивирующими PTH1R-опосредованными нарушениями передачи сигналов ПТГ и ПТГрП (Truelove A. et al., 2019).