Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
Мутации гена MECP2
Мутации гена MECP2 в большинстве случаев ведут к RTT. Ген расположен на длинном плече хромосомы X в участке Xq28 и кодирует метил-CpG-связывающий белок 2 (methyl-CpG-binding protein 2, MECP2) [Amir et al., 1999], который необходим для развития нейронов. Данный ген состоит из четырех экзонов с кодирующей областью в экзонах 2–4 [Юров и др., 2007]. МEСР2 относят к классу генов – регуляторов. Продукт этого гена – МEСР2 – белок имеет внутриядерную локализацию, состоит из 485 аминокислотных остатков и содержит 4 функциональных домена:
1) метил-СpG-связывающий (MBD);
2) транскрипционной репрессии (TRD);
3) сигнала ядерной локализации (TRD-NLS);
4) С-концевой сегмент [Vorsanova et al., 2004].
МEСР2 является членом семейства белков, связывающихся с метилированными ДНК-последовательностями в геноме. Ему исторически приписывалась роль репрессора транскрипции генов. Считалось, что белок MECP2 связывается с метилированными CpG сайтами и инициирует комплекс, содержащий гистондеацетилазы и ко-репрессор Sin3A. Это в конечном итоге приводит к компактизации хроматина, делая его недоступным для РНК-полимеразного комплекса [Юров и др., 2007; Jones et al., 1998]. Позднее была предложена новая модель, касающаяся функции белка MECP2, согласно которой он является модулятором транскрипции, способным как увеличивать, так и уменьшать экспрессию транскрипционно активных генов путем регулирования структуры хроматина [Yasui et al., 2007]. Было показано, что белок MECP2 связывается с активатором транскрипции CREB1 и увеличивает, а не подавляет транскрипцию большинства идентифицированных генов-мишеней [Chahrour et al., 2008]. Известно, что MECP2, в частности, контролирует экспрессию генов – BDNF, IDI, EGR2, JUNB и др., необходимых для развития синапсов. Действие белка МEСР2 проявляется преимущественно в клетках ЦНС. Уровень концентрации белка МЕСР2 в них увеличивается в постнатальном периоде развития, достигая максимума в зрелых постмитотических нейронах. В глиальных клетках также обнаруживается белок МЕСР2. Уменьшение его количества в астроцитах может играть критическую роль в патогенезе RTT, приводя к нарушению морфологии дендритов [Maezawa et al., 2009].
Некоторые авторы предлагают разделить мутации гена MЕCP2, ведущие к различным заболеваниям, на следующие категории:
1) мутации, ведущие к потере функции (loss-of-function mutations), которые в свою очередь делятся на мутации с легкими и тяжелыми фенотипическими проявлениями,
2) дупликации гена, которые изменяют уровень его экспрессии [Gonzales, LaSalle, 2010].
Каждая из данных категорий связана с определенными заболеваниями, которые, несмотря на различия, имеют некоторые общие признаки, а именно – когнитивные и двигательные нарушения.
Мутации гена МЕСР2 находят у большинства индивидуумов (до 91 %), имеющих клинические признаки классического RTT и лишь в 55–60 % атипичных случаев [Neul et al., 2008]. Обнаруживаемые при RTT мутации гена МЕСР2 можно разделить на три основных категории. Первая категория – миссенс мутации, преимущественно находящиеся в MBD. Вторая представляет собой нонсенс мутации, большинство которых расположено между MBD и TRD, а также непосредственно в TRD. Подобная особенность расположения мутаций в MBD и TRD связана с повышенной склонностью последовательности гена МЕСР2 к мутационной изменчивости. К третьей категории относят делеции, которые обнаруживаются с наибольшей вероятностью в участке размером примерно 100 пн (от с.1096 до с.1197) и незначительно влияют на функции белка МЕСР2, поскольку участок от 366 до 388 ао не имеет определенного функционального значения. В гене МЕСР2 определены также другие типы генных мутаций: инверсии, инсерции, мутации сайтов сплайсинга, а также сложные геномные перестройки. Основным механизмом, приводящим к мутациям в данном гене (70 % мутаций у детей с классической формой болезни), считается замена цитозина на тимин в СpG сайтах, происходящая за счет дезаминирования метилированного цитозина [Юров и др., 2004 б]. Необходимо отметить, что восемь мутаций (четыре миссенс мутации и четыре нонсенс мутации) являются рекуррентными и встречаются у 65 % детей с данной патологией: R106W, R133C, T158M, R168X, R255X, R270X, R294X и R306C. Другие мутации встречаются значительно реже [RettBase IRSA MECP2 Variation Database]. Анализ родительского происхождения мутаций гена МЕСР2 указывает на то, что они возникают преимущественно на отцовской хромосоме Х. Мутации в гене МЕСР2 ведут к нарушению функций белка MECP2, вследствие чего контроль над экспрессией генов в нейронах утрачивается,
что в свою очередь ведет к тяжелой дисфункции нервных клеток и к нарушению нервно-психического развития.
В последние годы у девочек с ранней манифестацией судорог и клинической картиной, похожей на RTT, выявлены мутации другого Х-сцепленного гена CDKL5 (cycline-dependent kinase-like 5), кодирующего одноименный ядерный белок, который экспрессируется в ЦНС и предположительно участвует в тех же физиологических процессах, что и ген МЕСР2 [Percy, 2008]. Мутации гена CDKL5 находят у 28 % девочек с ранним появлением (в возрасте до 6 месяцев) инфантильных спазмов [Nemos et al., 2009]. Существует также аутосомный ген FOXG1, мутации в котором ассоциированы с врожденной формой RTT.
Молекулярно-генетическими исследованиями было показано, что генные мутации могут объяснить только часть случаев X-сцепленной умственной отсталости. Так, мутации известных Х-сцепленных генов были идентифицированы лишь в 42 % семей с предполагаемой XLMR, отобранных EuroMRX консорциумом, в остальных случаях причина умственной отсталости осталась недифференцированной. При этом частоты мутаций отдельных генов были следующими:
1) в семьях с облигатными носительницами: ARX – 7,5 %, MECP2 – 6,2 %, OPNH1 – 4,8 %, PQPB1 – 4,5 %, JARID1C – 4,2 %;
2) в семьях с двумя больными братьями: OPHN1 – 4,6 %, JARID1C – 4,3 %;
3) в спорадических случаях умственной отсталости: PQPB1 – 0,8 %, MECP2 – 0,5 % [de Brouwer et al., 2007].
Невысокая частота обнаружения мутаций Х-сцепленных генов показана также в работе большой группы исследователей [Tarpey et al., 2009], которыми проведено секвенирование кодирующих областей 718 Х-сцепленных генов у пробандов из 208 семей с XLMR. Мутации были обнаружены только в 25 % случаев. Авторами высказано предположение о том, что для идентификации остающихся неизвестными Х-сцепленных мутаций необходимы дальнейшие систематические исследования.