Число повторов в гене гентингтина растет не только в нейронах, но и в клетках крови

Международная группа под руководством ученых из Университетского колледжа Лондона показала, что первые изменения в мозге, вызванные болезнью Гентингтона, появляются за десятки лет до появления клинических симптомов. Кроме того, экспансия повторов в гене гентингтина HTT, выявленная в клетках крови, может свидетельствовать о начале быстрого прогрессирования болезни.

Болезнь Гентингтона (HD) — аутосомно-доминантное нейродегенеративное заболевание, при котором летальный исход наступает в среднем через 10–13 лет после проявления симптомов. Оно ведет к потере средних шипиковых нейронов и нейродегенерации полосатого тела — структуры мозга, регулирующей мышечный тонус и участвующего в формировании условных рефлексов. В настоящее время не существует методов лечения, изменяющих течение этого заболевания.

Причиной болезни является экспансия (увеличение количества) повторов CAG в гене гентингтина (HTT). При этом в мутантном белке увеличивается количество глутаминовых остатков (образуется полиглутаминовый участок, или полиQ); такая форма белка токсична для нейронов. Подобные мутации называют динамическими из-за продолжительного роста числа повторов в ряде поколений. Они возникают из-за ошибок репликации; увеличение количества повторов вызвано проскальзыванием (смещением нитей ДНК друг относительно друга) или образованием аномальных форм ДНК, нарущающих репликацию. Для болезни Гентингтона, как и для некоторых других наследственных неврологических заболеваний, известно явление антиципации — усиление симптомов и (или) более раннее проявление у детей по сравнению с родителями; с каждом поколением болезнь становится тяжелее. Причиной являются именно накопление повторов. Патологическим считается количество CAG-повторов, превышающее 36 (27–35 повторов могут говорить о риске для последующих поколений).

У пациентов с болезнью Гентингтона нейроны полосатого тела наиболее уязвимы; в них происходит соматическая экспансия повторов. Авторы исследования, которое недавно было опубликовано в Cell, обнаружили, что число повторов в гене нейрона за десятилетия его жизни может увеличиться на порядок (с 40–45 до 100–500+), причем белок становится токсичным при 150 CAG и более — мутации с меньшим количеством повторов остаются «биологически тихими». Динамика этого процесса соответствует долгому латентному периоду и быстрому прогрессированию болезни. Это явление приводит к соматическому мозаицизму (различию числа повторов в разных типах клеток у одного пациента). В клетках, которые, подобно нейронам, не делятся, изменения длины повторов могут возникнуть при случайном смещении нитей во время транскрипции или дестабилизации двойной спирали, с последующим неправильным спариванием и репарацией, восстанавливающей комплементарность. Почему соматическая нестабильность гена гентингтина особенно сильно выражена в нейронах определенного типа, пока неясно.

 Credit: Cell.2025. DOI:  10.1016/j.cell.2024.11.038 | CC BY 4.0

Таким образом, соматическая экспансия повторов CAG оказывает ключевое влияние на прогрессирование болезни Гентингтона. Как моногенное заболевание, она представляется перспективной мишенью для терапии. И мутации в соматических клетках, и белки активно изучаются в качестве терапевтических целей. (Подробнее о кандидатных препаратах, действующих на мРНК гентингтина.) Но необходимо развивать диагностику, чтобы правильно выбрать наиболее подходящий момент для начала лечения. Двигательные симптомы становятся заметными, когда нейродегенерация в полосатом теле уже происходит. В то же время «тихие» мутации возникают раньше, чем появляется симптоматика. Однако предыдущие исследования связи между экспансией повторов CAG и ранним патологическим проявлением заболевания опирались на посмертный анализ мозга. Для ранней диагностики необходимо выявлять соматическую нестабильность CAG или другие биомаркеры в иных типах образцов.

Пациентов с экспансией гена болезни Гентингтона (HDGE) классифицируют согласно интегрированной системе стадирования HD (HD-ISS): стадия 0 — объем полосатого тела в пределах нормы, 1 — детектируется изменение объема полосатого тела и (или) его отделов, 2 — наличие двигательных и/или когнитивных признаков, 3 — начало функциональных нарушений. На стадиях 0 и 1 профилактическое лечение могло бы принести наибольшую выгоду.

Чтобы разработать методы обнаружения первых признаков нейродегенерации, вызванной соматической экспансией повторов в нейронах, до клинических проявлений, авторы нового исследования провели анализ когнитивных функций, структуры мозга, генетических маркеров и белков спинномозговой жидкости в уникальной когорте HD Young Adult Study (HD-YAS). В нее входят молодые люди, у которых прогнозировалось появление функциональных нарушений примерно через 23 года от начала исследования. В статье представлены результаты 4,5 лет наблюдения этой когорты.

Изначально в исследовании участвовал 131 человек (64 HDGE и 67 здоровых контролей), и 103 (57 HDGE и 46 контрольных) из них вернулись через 4,5 года для повторного наблюдения. Вместо тех, кто не вернулся, набрали еще 9 лиц с HDGE и 14 контролей; таким образом, всего в исследовании приняло участие 154 человека. В начале наблюдений из 54 человек с HDGE, для которых имелись данные нейровизуализации, 44 находились на стадии 0, девять человек — на стадии 1 и всего один — на стадии 2. Через 4,5 года 10 человек перешло со стадии 0 на стадию 1, прогрессирования до стадии 2 не наблюдалось.

Результаты нейровизуализации выявили более высокие показатели атрофии в скорлупе и хвостатом ядре полосатого тела у группы HDGE по сравнению с контролем. Признаки нейродегенерации коррелировали с экспансией CAG и возрастом. На стадиях 0 и 1 уже имелись признаки атрофии мозга, сопровождаемой незначительными микроструктурными изменениями в белом веществе.

Анализ 216 образцов спинномозговой жидкости (СМЖ) и плазмы крови, собранных в разных временных точках, показал, что в СМЖ группы HDGE по сравнению с контролем быстрее растет уровень белка Nfl (биомаркер повреждения нейронов) и снижается уровень белка PENK (биомаркер состояния MSN полосатого тела). Средние уровни Nfl во всех временных точках были повышены у участников, у которых болезнь прогрессировала из стадии 0 в стадию 1; после корректировки по возрасту и полу разница с участниками без прогрессии была статистически значимой.

Авторы проверили, коррелируют ли эти изменения с экспансией повторов CAG в клетках крови. По данным секвенирования образцов крови рассчитали коэффициенты соматической экспансии (SER), и они значительно увеличивались с течением времени во всех группах HDGE, включая стадию 0. При большей длине CAG-последовательности быстрее возрастал SER. Увеличение SER было ассоциировано с атрофией хвостатого ядра и скорлупы полосатого тела, а также с изменениями уровней NfL и PENK. Это говорит о том, что SER, измеренный для клеток крови, может быть косвенным количественным индикатором соматических мутаций в нейронах.

Результаты секвенирования также показали, что у некоторых участников были потеряны последовательности CCGCCA и CAACAG, которые в норме отделяют в гене HTT повторы CAG от повторов CCG, кодирующих полипролин. Участники с такой потерей демонстрировали более высокие показатели атрофии хвостатого ядра и скорлупы, а также более высокие уровни NfL и более низкие уровни PENK, что предполагает влияние этого участка ДНК на скорость невропатологических изменений.

Данная работа определяет надежные биомаркеры прогрессирования болезни Гентингтона и показывает, что экспансия повторов в ДНК клеток крови, скорее всего, соответствует специфической для конкретного пациента экспансии повторов в мозге. Она также подтверждает роль увеличения числа повторов в патогенезе болезни Гентингтона и их потенциальную роль как мишени для терапии. Идентификация пациентов, находящихся на начальных этапах прогрессирования болезни, поможет в организации клинических испытаний препаратов, модулирующих экспансию повторов и способных отсрочить или предотвратить клинически диагностируемые двигательные нарушения.

Аномалии в сосудах мозга позволяют обнаружить болезнь Гентингтона еще до развития симптомов