Впервые описано неврологическое заболевание, вызванное мутациями в гене GEMIN5

Нарушение функционирования РНК-связывающих белков (RBP) может приводить к заболеваниям двигательных нейронов, таким как боковой амиотрофический склероз и спинальная мышечная атрофия. RBP играют важную роль в сплайсинге, локализации, трансляции и стабилизации мРНК. Они формируют комплексы с малыми ядерными рибонуклеопротеинами (мяРНП), в состав которых входят SMN, GEMIN (2–8) и Smith (Sm).

GEMIN5 — высококонсервативный белок, который взаимодействует с РНК и другими белками. Он регулирует экспрессию белка SMN (survival motor neuron). Потеря SMN ведет к развитию спинальной мышечной атрофии. Существует предположение, что мутации в GEMIN5 также приводят к неврологическим нарушениям. Международная группа ученых исследовала 30 пациентов с отставанием в развитии, гипотонией (пониженным мышечным тонусом), двигательной дисфункцией и атрофией мозжечка. У них были выявлены мутации в гене GEMIN5.

Изначально мутацию c.3203T>C; p.Leu1068Pro в обоих аллелях гена GEMIN5 выявили при полноэкзомном секвенировании генома трехлетней девочки с отставанием в развитии, гипотонией, атаксией и атрофией мозжечка. Всего идентифицировали 30 пациентов с биаллельными мутациями в гене GEMIN5.

Тяжесть протекания заболевания у пациентов была различной. Трое умерли до трех лет. У 23 из 30 пациентов наблюдали гипотонию. У всех амбулаторных пациентов была нарушена походка, и у всех пациентов обнаружили атрофию мозжечка.

Идентифицировали 30 различных вариантов в гене GEMIN5: четыре с потерей функции и 22 миссенс-мутации. Все миссенс-варианты считались патогенными и находились в высококонсервативных участках.

Чтобы исследовать нейроны пациента in vitro, мононуклеарные клетки периферической крови больного с биаллельной мутацией p.Leu1068Pro в гене GEMIN5 и здорового родителя с мутацией в одном аллеле перепрограммировали в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (iPSC). Также получили гетерозиготные и гомозиготные iPSC с мутацией p.His913Arg. После этого iPSC дифференцировали в нейроны.

В нейронах с биаллельными мутациями снижался уровень GEMIN5 в цитоплазме, но не в ядре. Уровень экспрессии GEMIN5 понизился на 70–80%; также снижались уровни экспрессии GEMIN4, GEMIN3, GEMIN2, GEMIN6, SMN и U1A и формирования мяРНП. Снижение уровня GEMIN5 было связано с нарушением стабильности мРНК и белка.

Нокдаун гена rigor mortis, ортолога GEMIN5 у дрозофил, приводил к смерти мушек на стадии куколки (при снижении экспрессии на 60%), двигательной дисфункции и повышенной смертности.

Ученые провели РНК-секвенирование нейронов, полученных из iPSC с биаллельной мутацией p.His913Arg в гене GEMIN5, и сравнили с опубликованными данными об уровнях транскрипции в нейронах с мутацией Ex7del в гене SMN1. Паттерны транскрипции у этих линий значительно отличались. Мутации в GEMIN5 влияли на сигнальные пути, связанные с регуляцией постсинаптического мембранного потенциала, секрецией нейротрансмиттеров, процессами развития, организацией внеклеточного матрикса, ядерным транспортом и передачей сигнала. Мутации в SMN1 были ассоциированы с сигнальными путями, связанными с развитием и морфогенезом нервов, передачей сигналов от внутриклеточных рецепторов, адгезией синаптических мембран, ответом на повреждение ДНК и регуляцией сборки рибосом. Все это объясняет различия в симптомах у пациентов с мутациями в генах GEMIN5 и SMN1.

Эта работа впервые описала мутации в гене GEMIN5 как причину заболевания человека.