Миссенс-мутации гена Thbs1 могут стать причиной врожденной глаукомы

Детская глаукома — серьезное заболевание, которое часто проявляется у детей в раннем возрасте и служит причиной 5% случаев детской слепоты в мире. При глаукоме происходит необратимое повреждение зрительного нерва глаза, обычно из-за повышенного внутриглазного давления, которое также может повлиять и на другие структуры глаза, например, вызвать потерю ганглиозных клеток сетчатки, важных для получения информации от фоторецепторов. Целью терапии при глаукоме является уменьшение внутриглазного давления (ВГД), однако это замедляет развитие болезни, а не восстанавливает зрение.

Глаукома имеет сильный наследственный компонент, с ней ассоциированы мутации более чем в сотне генов. Однако известно только 10 генов, вызывающих семейное заболевание с началом в детском возрасте. Новое международное исследование выявило еще один такой ген.

При полноэкзомном анализе трех семьей, имеющих детей с врожденной глаукомой, были обнаружены две миссенс-мутации в гене Thbs1 белка тромбоспондина 1 (THBS1), вызывающие замену аргинина в положении 1034 на серин (R1034S) или цистеин (R1034C). Эти варианты и не присутствовали ни в каких общедоступных базах данных последовательностей. Семьи были неродственными, этнически различными и проживали в разных регионах.

Внутриглазное давление при глаукоме повышается из-за снижения оттока жидкости через трабекулярную сеть (ТМ) и шлеммов канал (SC). Ключевую роль в этом играет внеклеточный матрикс (ECM) трабекулярной сети. Тромбоспондин 1 — один из важных белков ЕСМ, влияющий на отток жидкости.

Чтобы определить, действительно ли мутации в гене тромбоспондина 1 способствуют развитию глаукомы, авторы получили с помощью редактирования генома CRISPR/Cas9 и скрещивания с мышами дикого типа линию мышей, несущую миссенс-аллель R1034C в гомозиготном или гетерозиготном состоянии. По строению глаза гомозиготные и гетерозиготные грызуны не отличались от дикого типа. Но как у у гомозиготных, так и у гетерозиготных мутантных мышей наблюдались повышенное ВГД, снижение скорости оттока жидкости, уменьшение плотности ганглиозных клеток сетчатки и возрастание количества дегенерирющих аксонов ганглиозных клеток. Гистология ТМ выявила повышенное количество белка THBS1, причем его накопление увеличивалось с возрастом.

«Тромбоспондин-1 хорошо известен как мощный ингибитор роста кровеносных сосудов, или ангиогенеза, — говорит руководитель работы Роберт Д'Амато (Бостонская детская больница, Гарвардская медицинская школа). —Сначала я предположил, что мутации THBS1 нарушают формирование кровеносных сосудов в глазу, но наше моделирование на животных показало нормальный ангиогенез».

Дальнейшее изучение показало, что аминокислотные замены, вызванные миссенс-аллелями Thbs1, дестабилизировали С-конец белка THBS1, что приводило к его неправильному свертыванию и внеклеточной агрегации. Авторы установили, что степень агрегации коррелирует с изменением свободной энергии сворачивания белка. Иммуноокрашивание показало, что с THBS1 связываются другие белки внеклеточного матрикса, например фибронектин, и также накапливаются. Кроме того предполагается, что увеличение THBS1 может приводить к повышенной активации трансформирующего фактора роста бета (TGF-β), который контролирует пролиферацию и дифференцировку клеток и вовлечен во многие заболевания.

«Благодаря этим новым знаниям мы можем предложить генетическое тестирование для выявления детей в семье, которые могут быть подвержены риску заболевания, и начать наблюдение и традиционное лечение раньше, чтобы сохранить их зрение, — говорит один из авторов статьи Джейни Виггс (Гарвардская медицинская школа, Институт Бродов, Mass General Brigham). — В дальнейшем мы будем стремиться разработать новые методы лечения, нацеленные на эту генетическую мутацию».

Аллель ApoE4 вызывает болезнь Альцгеймера, но защищает от глаукомы