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.,

11.3. Роль рецептора паратгормон-родственного белка PTH1R в первичном нарушении прорезывания зубов

Первичное нарушение прорезывания зубов (PFE) является редким заболеванием, определяемым как неполное прорезывание преимущественно коренных зубов (Decker E. et al., 2008; Stellzig-Eisenhauer A. et al., 2013), не смотря на наличие должного пути прорезывания и отсутствие механической непроходимости (Vijesh, Prashanth Kamath et al., 2015). Развивающиеся зубы остаются ниже уровня окклюзии, что приводит к тяжелым нарушениям прикуса. PFE также известен как несиндромальное аутосомно-доминантное состояние, основные проявления которого были впервые описаны (Proffit W.R., Vig K.W., 1981). Зубной фенотип PFE наследуется и влияет как на молочные, так и на постоянные зубы. Традиционно расстройство выявляется клинически на основе пост-эмерджентного отказа от прорезывания постоянных коренных зубов. Гетерозиготные мутации гена рецептора PTH1R связаны с первичной недостаточностью прорезывания зубов, характеризующейся тяжелым дистальным открытым прикусом (Pilz P. et al., 2014). Передача сигнала PTH1R опосредуется доменом, взаимодействующим с G-белками, активирующими внутриклеточные сигнальные пути, что приводит к увеличению внутриклеточного цАМФ и, соответственно, к цАМФ-зависимой активации ферментов с последующим фосфорилированием различных сигнальных белков. Установлено, что мутанты PTH1R, обнаруженные у пациентов с первичной недостаточностью прорезывания зуба, нарушают сигнализацию G-белка, что сильно мешает активации физиологических путей передачи сигналов PTH1R. Мутанты, описанные на сегодняшний день, продуцируют структурно измененный PTH1R. Мутации PTH1R, идентифицированные до настоящего времени, являются гетерогенными и могут приводить к протеолитической деградации белка-предшественника PTH1R, усечению белка PTH1R или замене аминокислот в сложной архитектуре рецептора. Однако до настоящего времени функциональные данные о молекулярном и клеточном эффектах мутаций, связанных с PFE, в эукариотических клетках отсутствуют. Предполагается, что у пациентов с первичной недостаточностью прорезывания зубов эффекты мутаций PTH1R происходят в денто-альвеолярных клетках и это может приводить к нарушению движения зубов (Subramanian H. et al., 2016).

Decker et al. (2008) показали, что семейный несиндромальный PFE вызван гетерозиготными мутациями в гене, кодирующем рецептор PTH1R. Молекулярно-генетический анализ гена PTH1R выявил три различные гетерозиготные мутации (c. 1050 –3C > G, c. 543 + 1 G > A, c. 463 G > T) у 15 пораженных лиц из четырех мультиплексных родословных (Stellzig-Eisenhauer A. et al., 2010). Все мутации уменьшают зрелый белок и поэтому должны приводить к формированию функционально неактивного рецептора, что указывает на то, что гапло-недостаточность PTH1R является основной причиной несиндромального PFE. Эти данные продемонстрировали, что преобладающе действующие мутации PTH1R, приводят к гапло-недостаточности рецептора и несиндромальному фенотипу, влияющему на развитие зубов. Таким образом, PFE является пятым известным клиническим состоянием, связанным с мутациями в PTH1R. Поскольку связь между мутациями в PTH1R и PFE является недавним открытием, фактическая частота расстройства среди пациентов с первичным нарушением прорезывания зубов, вероятно недооценена. Об этом свидетельствует тот факт, что до недавнего времени у пациентов с PFE было выявлено всего восемь различных мутаций (Decker E. et al., 2008; Frazier-Bowers S.A. et al., 2010a; Yamaguchi T. et al., 2011). Предполагается, что эти мутации приводят к преждевременной протеолитической деградации белка-предшественника или к ухудшению правильного созревания/трансляции мРНК. Точный механизм, с помощью которого PTH1R-мутация приводит к PFE, недостаточно понятен. Согласно Frazier-Bowers et al. (2014) PFE никогда не влияет на передние зубы из-за аутосомно-доминантных мутаций в PTH1R. Исследования на животных и человека подтвердили, что ПТГрП – лиганд PTH1R, необходим в процессе прорезывания зуба (Fukushima H. et al., 2005). Неспособность клеток зубного фолликула продуцировать ПТГрП заставляет первоначально нормально развитые зубы подвергаться воздействию костной ткани. ПТГрП-индуцированная активация пути cAMФ/ПKA приводит к прогрессированию развития и прорезыванию зуба. Прерывание этих путей приводит к анкилозу вследствие усиления регуляции биоминерализации цементобластов и нарушения прорезывания зуба (Ouyang H. et al., 2000). Таким образом, клинические симптомы и подтвержденная мутация гена PTH1R могут быть использованы для установления диагноза PFE.

Исследование последовательности exome, для идентификации генетической причины PFE позволило выявить новые варианты миссенс-мутации гена PTH1R (R383Q, P119L, P132L и R147C) (Yamaguchi T. et al., 2011). Rhoads S.G. et al. (2013) идентифицировали новую функциональную мутацию PTH1R (1092delG), которая связана с PFE молочных зубов. Исследование гена PTH1R у шести пациентов с клиническим диагнозом PFE выявило новые мутации PTH1R (Risom L. et al. 2013). Было показано, что четыре из шести идентифицированных мутаций прекращают правильное созревание/трансляцию мРНК в соответствии с гаплоинтенсивностью PTH1R в качестве генетической основы PFE либо путем введения преждевременных стоп-кодонов (c. 947C > A и c. 1082G > A), или путем изменения правильного сращивания мРНК (c. 544-26_544-23del и c. 989G > T). Последнее было подтверждено трансфекцией минигенов. Все шесть пробандов подверглись безуспешному хирургическому
и/или ортодонтическому лечению до установления причинно-следственной связи между мутациями PFE и PTH1R. Таким образом, скрининг на мутации PTH1R у пациентов с PFE значительно уменьшает потребность в хирургическом и/или ортодонтическом вмешательстве. Шесть новых мутаций расширяют спектр мутаций для PFE от восьми до 14 патогенных вариантов. Определение генетического вклада PTH1R в 10 семействах с PFE проведено с использованием анализа мутаций на основе полимеразной цепной реакции гена PTH1R. Последовательный анализ кодирующих областей и границ интрон-экзон гена PTH1R выявил 2 новые аутосомно-доминантные мутации в PTH1R (c. 996_997insC и C. 572delA), которые встречаются в кодирующей области и приводят к укороченному белку (Frazier-Bowers S.A. et al., 2014). Существенно расширился спектр мутаций PTH1R у пациентов с первичной недостаточностью прорезывания зубов по результатам секвенирования гена PTH1R. В 70 случаях PFE было выявлено 30 уникальных вариантов, из которых 12 мутаций были классифицированы как связанные с негативными последствиями для белка PTH1R (Roth H. et al., 2014). По результатам двадцатилетнего наблюдения за семейным случаем PFE у 10 из 18 членов трех поколений семьи генетический анализ выявил вредную гетерозиготную мутацию в интроне 9 гена PTH1R (c. 639-2A > G) (Kanno C.M. et al., 2017). В ходе выявления генетической причины несиндромальной первичной недостаточности прорезывании зубов у членов пяти поколений семьи в Саудовской Аравии Jelani M. et al. (2016) идентифицировли новый гомозиготный вариант мутации в экзоне 8 гена рецептора PTH1R (NM_000316: c. 611T > A: p. Val204Glu). Новый гомозиготный вариант PTH1R, идентифицированный посредством секвенирования целых экзонов, еще больше расширяет клинический спектр первичного нарушения прорезывания зубов. Grippaudo C. et al. (2019) выявили новый гетерозиготный нонсенс-вариант в экзоне 7 PTH1R (c. 505G > T). Этот вариант вводит преждевременный стоп-кодон в положение 169, которое, по прогнозам, приведет к образованию нефункционального белка. Этот вариант классифицируется как патогенный, поскольку он приводит к образованию усеченного белка, в котором отсутствуют все 7 трансмембранных доменов и внутриклеточный С-конец. В обзоре, обобщающем сведения, представленные в 17 статьях, Hanisch M. et al. (2018) сообщили данные 314 пациентов, у которых был зарегистрирован в общей сложности 51 вариант мутаций гена PTH1R, связанные с PFE.

Rhoads S.G. et al. (2013) полагают, что правильный диагноз и коррекция нарушений прорезывании зубов остаются сложными проблемами, но имеют решающее значение для дифференциации и диагностики нарушений прорезывания, особенно PFE и анкилоза. Установление диагностических критериев для нарушений прорезывании на основе генетических и клинических данных необходимо поскольку PFE и анкилоз могут быть клинически неразличимы без знания истории лечения и генетической информации. Пациенты с нарушением прорезывании зубов часто проходят хирургическое и/или ортодонтическое лечение (Proffit W.R., Vig K.W. (1981). Однако пациенты с мутациями PTH1R не получают позитивного эффекта от такого лечения (Frazier-Bowers S.A. et al., 2010a). Движение зубов с помощью ортодонтического лечения приводит к слиянию зубного цемента с окружающей костью, что делает невозможным дальнейшее перемещение зуба (Pilz P. et al., 2014). Пораженные зубы не реагируют на ортодонтическое лечение и, следовательно, не могут быть перемещены в правильное положение (Jain U. et al., 2015). Поэтому клинически важно установить, имеет ли данный случай нарушения прорезывания зуба генетическую причину и является ли это следствием дефекта PTH1R или нет (Frazier-Bowers S.A. et al., 2010b). Утверждается, что при подозрении на наличие PFE, необходимо провести генетический тест на мутацию в гене PTH1R до любого ортодонтического лечения, чтобы избежать анкилоза (Frazier-Bowers S.A. et al., 2010a). Установление генетического
диагноза чрезвычайно важно перед планированием любого ортодонтического лечения, учитывая высокую частоту неудач ортодонтической помощи у людей с PFE (Grippaudo C. et al., 2018).

Предлагаются инновационные подходы в диагностике и лечении PFE, связанного с мутацией гена PTH1R, включающие методы 3D-визуализации, генетическое и гистологическое тестирование (Raberin M. et al., 2015). У 36 пациентов с подозрением на диагноз PFE в соответствии с конкретными клиническими и рентгенологическими критериями было проведено секвенирование ДНК Sanger всех кодирующих последовательностей (и немедленных фланкирующих интронных последовательностей) гена PTH1R (Pilz P. et al., 2014). Из этих пациентов у 23 выявили гетерозиготную патогенную мутацию в гене PTH1R. Все пациенты в группе носителей мутаций имели шесть клинических и рентгенологических критериев, изученных в этом исследовании, характерных для PFE. Авторы утверждают, что оценка клинических и рентгенографических характеристик может оптимизировать эффективность предварительного подхода к дифференциальной идентификации носителей мутаций PTH1R, повысить специфичность исключения подозрения на участие PTH1R у пациентов с PFE поскольку наследственный компонент PTH1R- ассоциированного PFE четко идентифицируется. Генетически подтвержденный диагноз «первичное нарушение прорезывания зуба» может защитить пациентов и ортодонтов от многих лет бесполезного лечения, которое не приводит к успеху и более того оказывает отрицательное влияние на незатронутые зубы и области челюсти. Знание генетических причин несиндромального PFE может быть использовано для дифференциального диагноза заболевания поскольку существуют также фенотипически похожие типы аномалий прорезывания зубов, не связанных с патогенной мутацией рецептора PTH1R.

Проведенный в данной главе анализ литературы позволил констатировать, что паратгормон-родственный протеин рассматривается как один из важнейших факторов регуляции развития и функционирования зубочелюстной системы у разных видов, включая человека. Результаты экспериментальных и клинических исследований убедительно продемонстрировали многоплановую роль этого уникального мультипотентного белка в формировании зубов и целесообразность анализа информации о состоянии системы ПТГрП-PTH1R при решении проблем стоматологии и челюстно-лицевой хирургии.