Горбунова В.Н., Савельева-Васильева Е.А., Красильников В.В. Молекулярная неврология. Заболевания нервно-мышечной системы

Подождите немного. Документ загружается.

липептида с делецией в домене VI ламинина-2, не способно-

го, по-видимому, обеспечить достаточную стабильность мышц

при раундах сокращения и расслабления.

б) Миопатия врожденная, обусловленная

недостаточностью а 7 интегрина (J1D

Аутосомно-рецессивная непрогрессирующая врожден-

ная миопатия с задержкой моторного развития (самостоя-

тельная ходьба после 2 лет), сочетающаяся с мышечной ги-

потонией, нередко — кривошеей.

В развитии и функционировании скелетных мышц кри-

тическую роль играет базальная ламина мышечных волокон.

Рецептором ламинина в мышцах является а 7 субъединица

интегрина (31D. Интегрины — семейство гетеродимерных

мембранных гликопротеинов, опосредующих широкий спектр

межклеточных и клеточно-матриксных взаимодействий. Из-

вестно 16 а- и 8 р-цепей интегринов. В свою очередь а-цепи

делятся на 2 группы различающиеся по наличию инсерции

около 180 аминокислот в экстраклеточном домене.

Для того чтобы проанализировать роль а 7 субъеди-

ницы интегрина p1D в патогенезе болезней мышц, прово-

дили иммуногистохимическое исследование биоптатов

мышц 117 пациентов с неклассифицированными форма-

ми врожденных миопатии. У трех пациентов было обнару-

жено отсутствие иммунореактивных форм исследуемого

белка при нормальном уровне экспрессии а2 ламинина

(Mayer et al., 1997). Оказалось, что у всех трех пациентов

имеются мутации в кодирующей части гена а7 интегрина |J1 D

— ITGA7 (integrin alpha 7), локализованного в области 12q13

(Wang et al., 1995). Один пациент был компаунд-гетерозиго-

той по двум сплайсинговым мутациям, одна из которых при-

водила к инсерции 7 аминокислот в консервативном цисте-

ин-богатом районе белка, другая сопровождалась делецией

98 нуклеотидов. Эта же делеция в компаунде с делецией 1

нуклеотида была обнаружена у другого неродственного

больного. У третьего пациента было резко снижено содер-

жание мРНК-транскрипта ITGA7 Таким образом, было до-

121

казано, что мутации в гене ITGA7 ответственны за некото-

рые редкие формы мягких врожденных миопатии.

Получена трансгенная линия мышей с направленно раз-

рушенным геном а7 интегрина — Itga7 Мутантные живот-

ные имеют признаки врожденной миопатии, сходной с той,

которая наблюдается у пациентов с дефицитом а7 интегрина

p1D(Hayashi et al., 1998).

в) Нитчатая (немалиновая) миопатия, тип 1 (MIM:

161800); тип 2 (MIM: 256030)

1. Клиническая характеристика заболевания

Считается, что немалиновая миопатия наиболее часто

встречающаяся форма врожденных непрогрессирующих ми-

опатии. Нередко это заболевание диагностируется благода-

ря ряду дизэмбриогенетических внешних признаков. У боль-

ных часто отмечается удлиненный лицевой череп, низко рас-

положенные ушные раковины, готическое небо, гипоплазия

нижней челюсти, деформации грудной клетки по типу «кури-

ной» и позвоночника в виде кифосколиоза. Характерна так-

же амимия, обусловленная включением в процесс лицевой

мускулатуры. Больные плохо морщат лоб, не полностью смы-

кают веки, не могут свистеть, надувать щеки. Часто наблю-

дается носовой оттенок голоса. Мышечная гипотония и мы-

шечная слабость проявляются с первых месяцев жизни и как

при любой диффузной мышечной слабости имеет место симп-

том «запрокидывания» головы при попытке поднять лежа-

щего на спине ребенка за руки. Выражены симптомы «сво-

бодных» надплечий, «треножника» и др. Отстают темпы мо-

торного развития. В первые три года возможны повторные

пневмонии. Дети начинают ходить с полутора лет, не могут

бегать, прыгать. В дальнейшей жизни больные остаются ин-

валидами, однако способность к самостоятельному передви-

жению сохраняется, что дает возможность приспособиться к

самообслуживанию и даже приобрести специальность. Тече-

ние заболевания в целом относительно стационарное. Мы-

шечная сила более снижена в проксимальных отделах конеч-

122

ностей, и отчетливо преобладает слабость в руках. Глубокие

рефлексы снижены и в течение жизни могут угасать. Разви-

тия сухожильных ретракций, как правило, не отмечается.

Весьма характерны мышечные атрофии.

Немалиновая миопатия получила свое название в свя-

зи с особыми нитеобразными структурами, обнаруживаемы-

ми при гистологическом анализе в мышечных клетках боль-

ных. Патологический фибриллярный материал сходен с ве-

ществом, образующим Z- диски и, возможно, является тро-

помиозином В. Наряду с тропомиозином В, а-актинин явля-

ется главным белковым компонентом Z-дисков и немалино-

вого тела, образующегося, по-видимому, в результате лате-

ральной экспансии Z-дисков.

Чаще всего немалиновая миопатия наследуется по ау-

тосомно-рецессивному типу, хотя описаны и доминантные

формы заболевания. Оказалось, что не менее трех генов

изолированно участвуют в контроле немалиновой миопатии:

доминантные формы заболевания связаны с мутациями в

гене ос-тропомиозина — ТРМЗ и в гене мышечного а-акти-

на — АСТА1, тогда как типичная непрогрессирующая или

медленно прогрессирующая рецессивная форма обусловле-

на мутациями в гене небулина — NEB (Laing et al., 1995; Pelin

et al., 1999; Nowak et al., 1999).

2. Роль а-актинина и ос-тропомиозина в патогенезе

немалиновой миопатии

При различных формах немалиновой миопатии часто

обнаруживается снижение или отсутствие актин-связанного

белка а-актинина в мышечных клетках, тогда как в немышеч-

ных клетках пациентов никаких аномалий актина или а-акти-

нина не отмечается (Wallgren-Petersson et al., 1990). Было

высказано предположение, что гены мышечного а-актини-

на — ACTN2 и ACTN3, расположенные в хромосомах 1q42-

q43 и 11q13-q 14 соответственно, ответственны за некоторые

формы немалиновой миопатии. Однако в дальнейшем это

предположение не нашло экспериментального подтвержде-

ния. Так, с использованием техники микросателлитного кар-

123

тирования было исключено сцепление рецессивной формы

заболевания с геном ACTN2 (Tahvanainen et al., 1994). Мало-

вероятно также, что эта форма немалиновой миопатии обус-

ловлена дефектом гена ACTN3. Хотя а-актинин 3 отсутствует

при многих формах миопатии, этот дефект не является пер-

вичным. При проведении обширного иммуно-скрининга с ис-

пользованием образцов биоптатов мышц 55 контрольных ин-

дивидуумов и 118 пациентов с различными формами нейро-

мышечных заболеваний (среди них 74 пациента с миопатия-

ми и 20 — с нейрогенными болезнями) экспрессии гена

ACTN2 у больных не было обнаружено ни в одном случае,

тогда как а-актинин 3 отсутствовал в 19% исследованных

образцов (North et al., 1999). При этом никакой корреляции

между биохимическим дефектом и клиническим фенотипом

выявлено не было. Оказалось, что в 96 % случаев отсутст-

вие а-актинина 3 связано с наличием двух высокополиморф-

ных гомозиготных мутаций в гене ACTN3: миссенс-мутации

Q523R и нонсенс-мутации R577X. В разных популяциях час-

тота нонсенс-мутации R577X варьирует от 22% до 52%. Вы-

явлено сильное неравновесие по сцеплению между двумя

этими мутациями. В подавляющем большинстве случаев в

популяциях встречается сочетание либо двух мажорных, либо

двух минорных аллелей. Суммарная частота аллелей 523R/

577R и 523Q/577X составляет всего лишь около 4%.

При семейном генетическом анализе было обнаруже-

но сцепление гена NEM1(nemaline myopathy JJ, ответствен-

ного за доминантную форму заболевания, с геном АРОА2,

картированным в области 1q21-q23 (Laing et al., 1992). Неда-

леко от APOA2 в районе 1q23-q24 локализован ген а-субъе-

диницы немышечного тропомиозина — ТРМЗ. У человека

идентифицировано 4 гена тропомиозина. Для каждого из этих

генов показан альтернативный сплайсинг, сопровождающий-

ся образованием множественных изоформ соответствующих

белков. Ген ТРМЗ преимущественно экспрессируется в мы-

шечных волокнах первого типа. Этот ген также был исследо-

ван в качестве кандидатного для NEM1. В одной из семей с

124

доминантно наследуемой немалиновой миопатией у больных

была обнаружена миссенс-мутация в гене ТРМЗ, косегреги-

рующая с заболеванием (Laing et al., 1995). Эта мутация со-

провождается заменой аминокислоты в актин-связывающем

центре немышечного тропомиозина. Полученные данные

делают весьма вероятной гипотезу об идентичности генов

ТРМЗ и NEM1. Эта гипотеза была подтверждена в дальней-

шем при обнаружении в гене ТРМЗ гомозиготной нонсенс-

мутации у пациента с рецессивным типом наследования не-

малиновой миопатии (Tan et al., 1999). Таким образом, мута-

ции в гене а-тропомиозина могут явиться причиной разви-

тия как доминантных, так и рецессивных форм заболевания.

З.Молекулярные основы аутосомно-реиессивной медленно

прогрессирующей немалиновой миопатии

В ряде семей с аутосомно-рецессивным типом насле-

дования и типичным течением непрогрессирующей или мед-

ленно прогрессирующей немалиновой миопатии, дебютиру-

ющей в младенческом возрасте, было обнаружено сцепле-

ние мутантного гена NEM2 с маркерами длинного плеча хро-

мосомы 2. В области 2q21.2-q22 локализован ген небулина —

NEB (Zeviani et al., 1988). Кодирующая часть гена NEB разде-

лена на 187 экзонов, распределенных на площади около

400 кб. Размер кДНК гена NEB составляет 20.8 кб.

Огромный по своим размерам саркомерный белок не-

булин, составляющий около 3—4% всего микрофибрилляр-

ного белка, является наряду с актином и титином интеграль-

ным компонентом тонких филамент поперечно-полосатых

мышц

(Wang

et al., 1996). Молекулярная масса небулина ва-

рьирует от 600 до 800 кД, и полипептид, состоящий из 6690

аминокислот, содержит 185 копий 35-аминокислотных моду-

лей, кодируемых отдельными экзонами гена NEB.3TH повто-

ряющиеся модули классифицированы на 7 различных типов.

120-кД карбокси-терминальный район небулина высококон-

сервативен и гомологичен одному из филаментных белков

сердечной мышцы (nebulette). На С-конце небулина распола-

гаются два уникальных домена — серин-богатый, содержа-

125

щий многочисленные сайты фосфорилирования, и ЭНЗ-до-

мен. Модули М 163-М 176 являются компонентами 1-диска,

тогда как М177-М 185 входят в Z-мембрану. Прикрепление

небулина к Z-дискам саркомера осуществляется посредст-

вом его взаимодействия с ЭНЗ-гомологичной последователь-

ностью. Таким образом, С-терминальный район небулина,

локализованный в I-Z-I диске, участвует в регуляции образо-

вания и интеграции Z-мембраны в саркомере. Множество

изоформ небулина, образующихся за счет альтернативного

сплайсинга гена NEB, определяют молекулярное разнообра-

зие Z-дисков. Особенно интенсивный дифференциальный

сплайсинг наблюдается в районе повторяющихся модулей

М176 —М182.

Был проведен молекулярный анализ З'-района кДНК

гена NEB, включающего экзоны 163—172, в 22 семьях раз-

личного этнического происхождения с рецессивной формой

небулиновой миопатии (Pelin et al., 1999). Поиск мутаций осу-

ществляли с использованием методов однонитевого конфор-

мационного полиморфизма (SSCP) и обратной ПЦР (RT-PCR).

При этом анализе было идентифицировано 6 различных му-

таций у больных из 5 семей различного этнического проис-

хождения. Все мутации сопровождались сдвигом рамки счи-

тывания и образованием укороченных на 25-80 кД форм не-

булина. Иммунофлюоресцентный анализ с использованием

антител на С-терминальную часть белка показал, что укоро-

чение небулина ведет к потере разнообразия типов волокон

и это, по-видимому, является основной причиной развития

патологических процессов, ведущих к образованию немали-

новых тел.

4. Актиновая миопатия

Относительно недавно были описаны 3 пациента с тя-

желой формой врожденной миопатии, в мышечных биопта-

тах которых наблюдались большие накопления тонких фила-

мент, расположенные под сарколеммой мышечного волокна

(Goebrl et al., 1997). Двое из этих пациентов умерли в мла-

126

денческом возрасте, третий дожил до 7.5 года. Наблюдае-

мые у пациентов филаментные образования интенсивно ок-

рашивались антителами на актин, и потому заболевание по-

лучило название актиновой миопатии. Ген а-актина скелет-

ных мышц — АСТА1, локализованный в области 1q42, был

исследован в качестве кандидатного для новой формы мио-

патии (Nowak et al., 1999). У всех трех пациентов были найде-

ны гетерозиготные миссенс-мутации в кодирующей области

гена АСТА1. Поскольку у двух из обследованных пациентов

наряду с филаментными образованиями наблюдались нема-

линовые тела, было высказано предположение, что некото-

рые тяжелые формы немалиновой миопатии могут быть кли-

ническими вариантами актиновой миопатии. У детей с тяже-

лыми формами немалиновой миопатии уже при рождении от-

мечается выраженная гипотония и слабость мышц, недоста-

ток спонтанных движений, затруднения при кормлении и ды-

хательная недостаточность. Такие дети часто погибают в мла-

денческом или в раннем детском возрасте.

Для проверки выдвинутого предположения был прове-

ден поиск мутаций в гене АСТА1 у 59 больных с различными

формами немалиновой миопатии, включая тяжелую (Nowak

et al., 1999). В результате у больных из 14 неродственных

семей было идентифицировано 15 различных миссенс-мута-

ций, затрагивающих все 6 кодирующих экзонов гена АСТА1.

Во всех этих семьях, за исключением одной, мутации у боль-

ных присутствовали в гетерозиготном состоянии, что под-

тверждает доминантный характер наследования заболева-

ния. В 7 случаях удалось доказать возникновение мутации

de novo. В одной из семей с относительно мягким течением

заболевания было прослежено рецессивное наследование.У

большинства носителей мутаций немалиновая миопатия про-

являлась в очень тяжелой форме и приводила к гибели детей

в младенческом возрасте (8 семей) или в первом десятиле-

тии жизни (3 семьи). Таким образом, было доказано, что на-

следуемые по аутосомно-доминантному типу тяжелые фор-

мы немалиновой миопатии, а также некоторые рецессивные

127

формы заболевания могут быть обусловлены мутациями в

гене а-актина, то есть являются аллельными вариантами ак-

тиновой миопатии.

На рис. 15 схематически изображена модель F-актина,

взаимодействующего с миозином. Взаимодействие между F-

актином тонких филамент и миозином толстых филамент

лежит в основе сокращения и расслабления мышечных во-

локон. F-актин состоит из 6 отдельных субъединиц актина. В

центре комплекса расположен а-актин. Кружками указана

локализация аминокислотных замен, идентифицированных

у больных с актиновой и немалиновой миопатией. Иденти-

фицированные мутации могут быть разделены на два типа:

(1) замещения остатков, расположенных в гидрофобных кла-

стерах или в корах — L94P, M132V, V163L и V370F, и (2) — на

поверхности молекулы —G15R, H40Y, N115S,G182D, R183C,

R256H, E259V, Q263L, N280K и D286G. Некоторые из этих

мутаций, идентифицированные у пациентов с наиболее тя-

желыми формами заболевания, локализованы в функцио-

нально-значимых сайтах актиновой молекулы. Так, глицин в

15 положении а-актина (G15) принимает участие в образо-

вании водородных связей с (3-фосфатами АТФ и АДФ, амино-

кислотные остатки G182 и R183 локализованы в сайтах свя-

зывания с ДНКазой I, а Н40 и V370 — в сайтах связывания с

миозином. Аспарагиновая кислота в 286 положении прини-

мает непосредственное участие во взаимодействиях субъе-

диниц F-актина, и можно предположить, что ее замещение

приводит к дестабилизации всего комплекса. Аминокислоты

R183 и N280, расположенные на поверхности а-актина, спо-

собны формировать ионные взаимодействия с другими час-

тями актина. В этой связи интересно подчеркнуть, что в ана-

логичных взаимодействиях принимают участие две амино-

кислоты в актине сердечной мышцы — R312 и Е361 — и каж-

дая из них вовлечена в мутацию при одном из наследствен-

ных вариантов дилатационной кардиомиопатии (Olson et al.,

1998). Однако, несмотря на очевидную связь между харак-

тером мутационного повреждения в гене АСТА1 и тяжестью

128

течения актиновой миопатии, в ряде случаев не удается ис-

ключить зависимость фенотипического проявления мутаций

от каких-то других факторов как эндогенного, так и экзоген-

ного порядка.

Рис. 15. Модель F

-актина и миозина с указанием

локализации аминокислотных замен, идентифицированных

у больных с немалиновой миопатией

9 Заказ № 170

Подводя итоги, можно заключить, что молекулярной

основой развития патологических процессов и, в частности,

образования немалиновых тел при различных формах нема-

линовой миопатии являются дефекты в структуре небулина,

актина и, возможно, других белков тонких филамент, а так-

же взаимодействующих с ними белков, таких как тропомио-

зин и а-актинин. Подобные дефекты ведут к нарушению фи-

зиологического взаимодействия этих белков в Z-дисках, и эти

нарушения являются критическими для развития немалино-

вой миопатии.

г) Болезнь центрального стержня (MIM: 117000)

Заболевание выделено как самостоятельная нозологи-

ческая форма из группы врожденных непрогрессирующих

миопатии, благодаря своеобразным морфологическим изме-

нениям мышечных волокон, обнаруживаемым в биопатах при

специальной окраске с использованием электронной микро-

скопии. Гистологическим маркером болезни центрального

стержня является отсутствие митохондрий на свежезаморо-

женных срезах скелетных мышц в центре многих волокон

первого типа. На биохимическом уровне имеет место высво-

бождение фосфата из глюкозо-6-фосфата. Начальные при-

знаки болезни проявляются в раннем возрасте общей мы-

шечной гипотонией, мышечной слабостью, задержкой тем-

пов моторного развития. Интеллектуальное развитие не стра-

дает. Статус в первые месяцы укладывается в понятие «вя-

лый ребенок». Самостоятельная ходьба начинается с задерж-

кой на 4—6 месяцев и характеризуется неуверенностью и

частыми падениями. Мышечная слабость локализуется пре-

имущественно в проксимальных отделах верхних и нижних

конечностей. Слабость мышц спины и грудной клетки может

способствовать развитию костных деформаций в виде ско-

лиоза позвоночника, воронкообразной или «куриной» груд-

ной клетки. Атрофии мышц выражены умеренно, псевдоги-

пертрофий не бывает. Глубокие рефлексы сохраняются, хотя

могут быть в той или иной степени снижены. Сухожильные

130