Научная статья на тему 'Глютеновая энтеропатия с позиций полногеномного анализа ассоциаций (GWAS)'

Глютеновая энтеропатия с позиций полногеномного анализа ассоциаций (GWAS) Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

CC BY
628
153
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ЦЕЛИАКИЯ / CELIAC DISEASE / ИММУННО-ОПОСРЕДОВАННЫЕ БОЛЕЗНИ / ПОЛНОГЕНОМНЫЙ АНАЛИЗ АССОЦИАЦИЙ / GENOME-WIDE ASSOCIATION STUDIES / HLA-ГЕНЫ / IMMUNE-RELATED DISEASE / GWAS / HLA-GENE

Аннотация научной статьи по фундаментальной медицине, автор научной работы — Вохмянина Наталья Васильевна, Вавилова Татьяна Владимировна

Целиакия комплексное заболевание, в котором генетические факторы играют важную роль. Для понимания патогенеза была изучена генетическая составляющая целиакии методом полногеномного анализа ассоциаций (Genome Wide Association Studies GWAS), который подтвердил взаимосвязь целиакии с HLA-генами и выявил 39 новых генетических локусов, ассоциированных с целиакией. Было установлено, что более чем 50% связанных с целиакией однонуклеотидных полиморфизмов (SNPs) коррелируют с экспрессией генов. Большинство ассоциированных с целиакией генетических регионов являются общими с другими иммунными заболеваниями и имеют такие же метаболические, гематологические, неврологические нарушения и признаки онкологических заболеваний. В этом обзоре обсуждены результаты генетических исследований, проведенных для изучения целиакии.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по фундаментальной медицине , автор научной работы — Вохмянина Наталья Васильевна, Вавилова Татьяна Владимировна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

THE GLUTEN-SENSITIVE ENTEROPATHY AS ANALYSED WITH GENOME-WIDE ASSOCIATION STUDY (GWAS)

Coeliac disease is a complex disorder in which genetic factors play an important role. For the understanding of the disease, the genetic component has been extensively studied by genome-wide association studies (GWAS), which confirmed strong association to HLA and identified 39 new nonHLA loci that also predispose to coeliac disease. It is established, that more than 50% of the disease-associated single nucleotide polymorphisms (SNPs) are correlated with gene expression. Most coeliac disease-associated genetic regions are shared with other immune-related diseases, as well as with metabolic, haematological or neurological traits, or cancer. In this review we summarize and discuss the results of the genetic studies in celiac disease.

Текст научной работы на тему «Глютеновая энтеропатия с позиций полногеномного анализа ассоциаций (GWAS)»

УДК 61:575

Вестник СПбГУ. Сер. 11. 2014. Вып. 3

Н. В. Вохмянина1, Т. В. Вавилова2

ГЛЮТЕНОВАЯ ЭНТЕРОПАТИЯ С ПОЗИЦИЙ ПОЛНОГЕНОМНОГО АНАЛИЗА АССОЦИАЦИЙ (GWAS)

1 Диагностический центр (медико-генетический), Российская Федерация, 194044, Санкт-Петербург, ул. Тобольская, 5

2 Северо-Западный государственный медицинский университет им. И. И. Мечникова, Российская Федерация, 191015, Санкт-Петербург, Кирочная ул., 41

Целиакия — комплексное заболевание, в котором генетические факторы играют важную роль. Для понимания патогенеза была изучена генетическая составляющая целиакии методом полногеномного анализа ассоциаций (Genome Wide Association Studies — GWAS), который подтвердил взаимосвязь целиакии с HLA-генами и выявил 39 новых генетических локусов, ассоциированных с целиакией. Было установлено, что более чем 50% связанных с целиакией одно-нуклеотидных полиморфизмов (SNPs) коррелируют с экспрессией генов. Большинство ассоциированных с целиакией генетических регионов являются общими с другими иммунными заболеваниями и имеют такие же метаболические, гематологические, неврологические нарушения и признаки онкологических заболеваний. В этом обзоре обсуждены результаты генетических исследований, проведенных для изучения целиакии. Библиогр. 37 назв. Ил. 3. Табл. 1.

Ключевые слова: целиакия, иммунно-опосредованные болезни, полногеномный анализ ассоциаций, HLA-гены.

THE GLUTEN-SENSITIVE ENTEROPATHY AS ANALYSED WITH GENOME-WIDE ASSOCIATION STUDY (GWAS)

N. V. Vokhmyanina1, T. V. Vavilova2

1 Diagnostic center (medico-genetic), 5, Tobolskaya ul., St. Petersburg, 194044, Russian Federation

2 North-Western State Medical University named after I. I. Mechnikov, 41, Kirochnaya ul., St. Petersburg, 191015, Russian Federation

Coeliac disease is a complex disorder in which genetic factors play an important role. For the understanding of the disease, the genetic component has been extensively studied by genome-wide association studies (GWAS), which confirmed strong association to HLA and identified 39 new nonHLA loci that also predispose to coeliac disease. It is established, that more than 50% of the disease-associated single nucleotide polymorphisms (SNPs) are correlated with gene expression. Most coeliac disease-associated genetic regions are shared with other immune-related diseases, as well as with metabolic, haematologi-cal or neurological traits, or cancer. In this review we summarize and discuss the results of the genetic studies in celiac disease. Refs 37. Figs 3. Table 1.

Keywords: celiac disease, immune-related disease, genome-wide association studies, GWAS, HLA-gene.

Целиакия (coeliakia; греч. koilikos; англ. coeliac disease — кишечный, страдающий расстройством кишечника; син.: глютеновая болезнь, глютеновая энтеропатия, нетропическая спру, идиопатическая стеаторея и др., шифр по МКБ Х — К 90.0) — генетически детерминированное инвалидизирующее заболевание. Характеризуется пожизненным отсутствием толерантности к глютену (клейковинный белок злаковых культур — пшеница, рожь, ячмень) и развитием атрофической энтеропатии.

Целиакия представляет наиболее часто встречаемую пищевую непереносимость человека. Высокую распространенность глютеновой энтеропатии подтвердили проведенные скрининговые исследования, которые достоверно установили среднюю европейскую частоту целиакии, равную 1% от численности популяции [1]. Как

показал анализ результатов эпидемиологического исследования в развитых странах, распространенность целиакии имеет тенденцию к постоянному увеличению. Так, в Финляндии частота глютеновой энтеропатии удвоилась в течение последних двух десятилетий. Возрастание частоты приблизительно в два раза за каждые 15 лет было зарегистрировано также и в американской популяции. Изучение этого факта предположительно показало, что на увеличение распространенности целиакии прежде всего влияют меняющиеся характер питания, качество пшеничного теста, сформировавшаяся другая микрофлора кишечника, новые кишечные инфекции человека, загрязнение окружающей среды, которые, выполняя роль триггера, способствуют развитию глютеновой энтеропатии [2].

В настоящее время целиакия признана мультифакторным (полигенным, комплексным) заболеванием, развитие которого контролируется множественными взаимодействующими факторами как генетической, так и средовой природы [3]. Высокая распространенность целиакии, тяжелое инвалидизирующее течение болезни выделяют глютеновую энтеропатию среди других мультифакторных заболеваний и объясняют необходимость постоянного и подробного изучения ее генетической составляющей. Именно поэтому целиакия имеет наиболее изученную наследственную предрасположенность (54%) по сравнению с другими комплексными заболеваниями (ревматоидный артрит — 16%, сахарный диабет первого типа — 45%, болезнь Крона — 23%, недифференцированный колит — 16%) [4].

Революционный прорыв в этом направлении был сделан полногеномным анализом ассоциаций (Genome Wide Association Studies — GWAS), подтвердившим, что развитие полигенных заболеваний определяется количественными изменениями интенсивности транскрипции кодирующих участков генома, имеющих нормальную структуру и зависящих от меняющихся внешних условий. Основным итогом GWAS для целиакии явилось установление ее главных (HLA-гены) и определение новых генов (39 генетических локусов, 115 генов). Было показано, что новые гены, не относящиеся к HLA-системе, вносят незначительный вклад в наследственную предрасположенность к глютеновой энтеропатии (14%), подтверждая тем самым, что развитие комплексных заболеваний зависит от сочетания большого числа малых эффектов [5]. Метод полногеномного анализа ассоциаций начал активно использоваться в течение последних лет (2006 г.). Разработка и внедрение этого метода стали возможными благодаря реализации и завершению таких проектов как «Геном человека» (Human genome project) и «Гаплоидный геном» (HapMap project) [6, 7]. Эти проекты помогли расшифровать первичную структуру генома человека, установить распределение в геноме тысяч полиморфных сайтов — однонуклеотидных замен (SNP, Single nucleotide polymorphism; однонуклеотидный полиморфизм), осуществить создание карты гаплотипов — устойчивых сочетаний вариаций SNPs в пределах гаплоидной последовательности ДНК [8]. Однонуклеотидный полиморфизм, или SNP, представляет собой замену или потерю одного нуклеотида — аденина (А), тимина (Т), гуанина (Г) или цитозина (Ц) — в последовательности ДНК, представляя различие между двумя вариациями одного и того же гена. Эти вариации, называемые аллелями, в целом не влияют на выполнение функции (обычно белки, кодируемые разными аллелями одного гена, обладают одинаковыми функциональными свойствами). Одно-нуклеотидные полиморфизмы очень многочисленны, стабильны и рассредоточены внутри генома, могут не проявляться фенотипически. Однако некоторые SNP либо

обуславливают предрасположенность к определенным заболеваниям, либо воздействуют на их остроту, прогрессирование, а также индивидуальные реакции на лечение. Возможность сканирования с помощью GWAS сотни тысяч однонуклеотид-ных полиморфизмов, распределенных по всему геному, подтвердило наличие связи между преобладающей аллельной вариацией в некотором регионе генома и исследуемым признаком. Высокая разрешающая способность данного метода была достигнута благодаря внедрению на современном этапе биочиповой технологии, которая позволила довольно успешно выявлять новые генетические локусы, ответственные за наследственную предрасположенность к различным комплексным заболеваниям, в том числе и для целиакии [8]. Изучение однонуклеотидных полиморфизмов показало, что они могут располагаться как в кодирующих последовательностях генов, так и в некодирующих генетических или в межгенных регионах. Некодирующие SNP могут разрушать сайты связывания транскрипционных факторов, сайты сплайсинга и другие функционально важные сайты на транскрипционном уровне, в то время как кодирующие полиморфизмы могут становиться причиной аминокислотной замены и изменения функциональных или структурных свойств транслированного белка [9]. Результаты GWAS установили, что большинство вновь выявленных генов (81%), ассоциированных с целиакией, являются не кодирующими, а регуляторными, что объяснило их влияние на многочисленные иммунные изменения, происходящие при развитии целиакии [10]. Кроме этого, исследования, проведенные GWAS, выявили влияние ассоциированных с целиакией SNPs на экспрессию генов. При этом было доказано, что приблизительно 50% SNPs затрагивают экспрессию только соседних генов. Такое количественное изменение генетической экспрессии (количественная экспрессия характерных локусов или eQTLs — expression quantitative traits loci) было определено как cis-eQTLs. Были также идентифицированы trans-eQTL-эффекты, которые связаны с воздействием ассоциированных с целиакией SNPs на экспрессию целого ряда генов, расположенных на разных генетических локусах и хромосомах (рис. 1). Так, SNP rs653178 (хромосома 12) регулирует работу не только генов SH2B3, TMEM116, ALDH2 (cis-eQTL-эффект), но и целого ряда генов (trans-eQTL-эффект) на других генетических локусах (хромосомы 1, 2, 3, 4, 6, 7, 11, 14, 19) [11].

Рис. 1. Пример влияния однонуклеотидного полиморфизма гэ653178 на генетическую экспрессию (цис- и транс-эффекты) [25]: Хр. — хромосома.

При этом был выявлен разный eQTL-эффект, который проявлялся в неодинаковой регуляции генной экспрессии. Например, у SH2B3 экспрессия была повышена, у TMEM116, ALDH2 — снижена [12]. Как показали проведенные исследования, такие изменения в генной экспрессии могут вызывать нарушения в клеточной диф-ференцировке, морфогенезе, процессах адаптации и т. п. Поэтому открытие eQTL-эффектов очень важно и значительно, так как смогло объяснить зависимость серьезных нарушений в биологических процессах от характера экспрессии большого количества генов [13] и обозначить возможность участия одинаковых генетических локусов в развитии мультифакторной патологии [14, 15].

Целиакия как иммуноопосредованное заболевание характеризуется многочисленными нарушениями в адаптивной и врожденной иммунных системах. Результаты полногеномного анализа ассоциаций позволили понять механизм иммунных нарушений и существенно расширить представление о роли иммунной системы в целом для развития целиакии.

Известно, что адаптивный (специфический) компонент иммунной системы определяет вероятность поиска лимфоцита со специфическим рецептором для каждого антигена, который, связавшись с рецептором лимфоцита, вызывает активацию и быстрое количественное увеличение соответствующих Т-клеток. Такая клональная селекция Т-клеток объясняет большинство основных свойств адаптивной иммунной системы [16]. В отличие от адаптивного иммунитета, врожденный (неспецифический) иммунный ответ определяет врожденное иммунное распознавание антигена и его неспецифические иммунные механизмы, которые, в самом общем виде, построены на узнавании только определенных молекулярных блоков или высоко консервативных структур. Эти структуры получили название патоген-ассоциированных молекулярных образов — PAMPs (pathogen-associated molecular patterns), а распознающие их рецепторы врожденной иммунной системы — образ-распознающих рецепторов — PRRs (pattern-recognition receptors). Одними из наиболее важных PRRs, выявляющих патогенные компоненты и активирующих каскады иммунных реакций, являются толл-подобные рецепторы (toll-like receptors — TLRs). Толл-подобные рецепторы представляют трансмембранные рецепторы и по своей локализации могут располагаться на поверхности цитоплазматической мембраны клетки (TLR1, TLR2, TLR4, TLR5 и TLR6, лиганды — внеклеточные PAMPs), а также в мембранах внутриклеточных органелл (TLR3, TLR7, TLR8 и TLR9). Присутствие TLRs в мембранах внутриклеточных органелл позволяет распознавать нуклеиновые кислоты (например, ДНК или РНК), которые освобождаются из вирусов и бактерий при их разрушении внутри макрофагов [17]. Возможности TLRs в распознавании как внутриклеточных, так и внеклеточных PAMPs полностью реализуются в патогенезе глютеновой энтеропатии. Выявлено значение толл-подобных рецепторов (TLR4) для распознавания пептидов глютена, выполняющих функцию внеклеточных РАМРs в собственной пластинке слизистой тонкого кишечника. Установлено, что локализованный на поверхности цитоплазматической мембраны кишечного эпителия TLR4 после связывания с лигандом димеризуется и возникающие при этом конформационные изменения способствуют привлечению к цитоплазматической части TLR4 (TIR-домену) адапторных протеинов TIRAP-MyD88, содержащих TIR-домен (Toll-interleukin 1 receptor domain). Такое взаимодействие через TIR-домен рецептора и адапторного белка формирует сигнальный комплекс (сигналосома),

с вовлечением мощного транскрипционного ядерного фактора ОТкВ (nuclear factor kappa B) [18]. Такое распознавание глютена врожденной иммунной системой приводит к выработке провоспалительных интерлейкинов, цитотоксической активации межэпителиальных лимфоцитов и выработке антител [19]. Как показали результаты GWAS, помимо глютена возможна также активизация врожденного иммунитета вирусной инфекцией с вовлечением внутриклеточных толл-подобных рецепторов (TLR7 и TLR8). Такое взаимодействие запускает активацию транскрипционного интерферонрегулирующего фактора 4 (IRF4-interferon regulatory factor), который контролирует продукцию интерферонов (IFN-a, IFN-ß, IFN-w, IFN-т, IFN-ô, IFN-к, IFN-e, IFN-Z/limitin) в ответ на заражение вирусом и способствует созреванию анти-генпрезентирующих клеток, мобилизует макрофаги и натуральные киллеры, производит секрецию цитокинов, которые активируют Т- и В-лимфоциты [20]. Было также установлено воздействие вирусной инфекции на экспрессию гена BACH2, являющегося ключевым регулятором антительного ответа в противовирусном ответе (рис. 2).

Таким образом, исследования, проведенные GWAS, определили инфекционным агентам роль триггера, способствующего манифестации целиакии [5, 21]. Кроме этого, результаты GWAS подтвердили значение транскрипционного фактора NF-кВ при активации врожденной иммунной системы для развития целиакии. Транскрипционный фактор NF-кВ, который первоначально был определен как фактор быстрой пролиферации и матурации В-лимфоцитов, в настоящее время признан универсальным фактором транскрипции из-за своей способности выполнять многочисленные функции: участия в контролировании экспрессии генов апоптоза и клеточного цикла, регуляции врожденного и адаптивного иммунитетов, производства провоспали-тельных цитокинов и формирования оксидативного стресса при активной выработке супероксидных и нитроксидных радикалов, простагландинов [22, 23]. Поэтому объяснима важность подробного изучения этого фактора.

Методом GWAS было выявлено большое количество генов, отвечающих за регуляцию NF-кВ при развитии целиакии. В частности, установлено, что генный продукт А20 гена TNFAIP3 приводит к ограничению его активности, ген UBE2E3 при коньюгации с убиквитин-подобным белком SUMO-1 (small ubiquitin-like modifier) снижает функцию NF-kB. Ген E2L3 (UBE2L3) способен воздействовать на белковую стабильность NF-кВ, а ген из семейства рецепторов фактора некроза опухоли TNFRSF9 через фактор некроза опухоли (TNF) активизирует NF-kB. Было показано, что именно такие разные генетические воздействия на транскрипционный фактор NF-kB приводят к нарушениям в сигнальном NF-kB-пути и определяют, помимо процессов воспаления, развитие аутоиммунных, онкологических заболеваний, вирусных инфекций [24].

Глютеновую энтеропатию часто называют Т-клеточной энтеропатией, подчеркивая главенствующую роль адаптивного иммунитета в патогенезе целиакии. Доказано, что активация адаптивного иммунитета у больных целиакией запускается после процессов дезаминирования пептидов глютена, протекающих с участием фермента тканевой трансглутаминазы. Дезаминированные пептиды глютена как мощные иммуностимулирующие антигенные детерминанты, представленные в комплексе с DQ2/DQ8 HLA-молекулами на поверхности антигенпредставляющих клеток, распознаются CD4+T-лимфоцитами, в частности рецептором CD247, входя-

Внешние факторы Бактериальная.'вирусная инфекция?

Анпд 1ШЗДНВОВЫ6 зндомшннны? зравсглугаминаз ные антитела

Рис. 2. Современное представление о патогенезе целиакии [2]

щим в Т-клеточный антигенраспознающий рецептор (CD3), который обеспечивает внутриклеточную сигнальную трансдукцию, при последующей активации Т-клеток. Нужно отметить, что проведенные исследования показали, что на поверхности ан-тигенпредставляющих клеток ген ICOSLG кодирует индуцибельный костимулятор-ный мембранный лиганд для рецептора ICOS, который нарушает взаимодействие между T-клетками и антигенпредставляющими клетками (АПК) и тем самым инги-бирует образование антител при формировании специфичного T-клеточного отве-

та. Взаимодействие лиганда и рецептора ICOS при активации Т-клеток в конечном итоге приводит к дифференциации в эффекторные клетки, представляющие особый интерес в связи с влиянием на их активацию пептидов глютена. Изучение генов, влияющих на дифференцировку субтипов Т-хелперов (Т-хелперы первого порядка, Th1, регулирующие Т-хелперы, Th reg и Т-хелперы 17, Th17), определило их значение для формирования процессов воспаления. Так, была выявлена важность генетического локуса 4q27, на котором расположены гены IL-2 и IL-21. Ген IL-21 стимулирует экспансию Th17, с активацией Т-лимфоцитов в месте воспаления, а также усиливает активность большинства цитокинов (рис. 2).

Важность гена IL-2 (основной Т-клеточный фактор роста) была выявлена в активизации Т-регулирующих лимфоцитов (Treg), которые могут подавлять ответы эффекторных T-клеток и других иммунных клеток и приводить к формированию аутоиммунитета [25].

На созревание и дифференцировку Т-хелперов первого порядка (Th1), как показали результаты GWAS, влияют два генетических локуса. Это генетический локус 2q12.1, включающий IL18RAP и IL18R1 гены, а также локус 3q25.33 с геном IL12A, который кодирует субъединицу гетеродимерного цитокина IL-12. Эти гены, воздействуя на Th1, стимулируют продукцию и независимую индукцию гамма-интерферона (y-IFN) [5]. Необходимо отметить решающее значение y-IFN для активации макрофагов, с повышением их микробицидности и цитотоксичности, что приводит к усилению апоптозного сигнала в энтероцитах с последующей клеточной гибелью, синтезу матричных металлопротеиназ (ММР-1,-3,-12), хемокинов. Кроме этого, в развитие воспалительных процессов в слизистой тонкого кишечника свой вклад вносит ген FASLG, отвечающий за формирование Fas-рецепторов, обеспечивающих Т-клеточный опосредованный апоптоз, с активизацией цитотоксических Т-лимфоцитов (CD8). По результатам GWAS установлена также роль многочисленных генов, кодирующих рецепторы хемокинов (CCR1, CCR3, CCR4, CCR5, CCR9, CXCR1, CXCR6), которые регулируют иммунные ответы, отвечая за мобилизацию эффекторных иммунных клеток к участкам воспаления [2].

Адаптивный иммунный ответ вызывает параллельную дифференцировку CD4+Т-лимфоцитов в хелперные клетки второго порядка (Th2), которые активируют специфические В-лимфоциты для продукции соответствующих антител [26]. Одно из дополнений GWAS связано с влиянием генов CTLA4, SH2B3, PTPN2 и CD80 на негативную регуляцию ТЬ2-клеточного ответа или его ослабление [27]. Интересными оказались исследования гена SOCS-1 (Suppressor of cytokine signaling-1 — супрессор цитокиновой сигнализации 1), показавшие его решающее значение как супрессора цитокиновой сигнализации по JAK-STAT3 сигнальному пути в ядро клетки. Активация STAT3-белков способствует поддержанию Th17 фенотипа, участвующего в формировании аутоиммунитета [28].

Было также выявлено, что SNP rs3184504 гена SH2B3 влияет на экспрессию гена NOD2, продуктом которого является внутриклеточный рецептор, связывающий бактериальные мурамил-дипептид (МДП) и липополисахарид, таким образом обеспечивая антибактериальную защиту организма [29].

Таким образом, результаты GWAS доказали влияние SNPs на разный уровень генетической экспрессии, который в большей степени отражается на формировании различных иммунных нарушений, имеющих место при развитии целиакии.

Впервые было выделено значение врожденной иммунной системы для распознавания вирусной инфекции как триггера целиакии, а также важное значение универсального фактора ОТ-кВ для целиакии. Было подтверждено значение адаптивного ответа в развитии воспалительных и структурных изменений в слизистой тонкого кишечника. Значительное открытие О'М^АЗ, связанное с е^^-эффектами, позволило объяснить клинический полиморфизм целиакии и большое количество ассоциированных с целиакией заболеваний, а также общность генов целиакии с другими мультифакторными заболеваниями, что является важным для установления закономерностей в развитии глютеновой энтеропатии.

Однако, несмотря на достижение высоких результатов, новые гены, определившие незначительный вклад в генетическую составляющую глютеновой энтеропатии, предполагают ее дальнейшее изучение.

Помимо установленной роли новых генов, О'М^АЗ была подтверждена роль HLA-генов как основных генов, определяющих 40% наследственной предрасположенности, без которых развитие целиакии представляется маловероятным [30].

Связь целиакии с ^А-системой (^А А1 и ^А В8) была отмечена более тридцати лет назад [31]. Позже была установлена ассоциация с аллелями ^А класса II DR3, DR5 и DR7. В 1983 г. (То$1 е! а1.) при использовании серологических методов ^А-типирования [32], а в 1989 г. (8о1Ш е! а1.) молекулярные методы ^А-типирования подтвердили ассоциацию с целиакией DQ2, DQ8 гетеродимеров HLA класса II [33].

Гены второго класса HLA-системы, продукты которых активно участвуют в патогенезе целиакии, расположены в HLA-регионе на коротком плече 6-хромосомы (6р21.3). Одной из основных физиологических функций HLA-генов второго класса является связывание экзогенных иммунодоминантных пептидов и последующее их представление Т-лимфоцитам. Этот процесс приводит к активизации Т-лимфоцитов и развитию иммунного ответа [34].

Молекулы DQ2, DQ8, как и все продукты ^А-генов класса II, состоят из а-цепи и в-цепи. Тяжелая а-цепь кодируется геном DQA1, а легкая ^-цепь — геном DQB1, а-цепь вступает во взаимодействие с в-цепью, образуя гетеродимеры, состоящие из определенной аминокислотной последовательности, характерной для каждой HLA-молекулы. Экспрессия HLA-молекул происходит на клеточной мембране анти-генпрезентирующих клеток, таких как В-лимфоцитов, дендритных клеток, макрофагов, эпителия тимуса. Характерной для структуры HLA-молекул является анти-генсвязывающая полость, представляющая структуру сложной формы, в которой на внутренней поверхности расположен ряд субцентров связывания в виде складок (карманов), где возможно взаимодействие с боковыми цепями аминокислотных остатков пептида, с последующим его удержанием для представления Т-клеткам [16]. Молекулы HLA класса II имеют определенное число карманов, но только некоторые из них определяют строгую специфичность, обуславливающую связывание пептида. В процесс связывания с HLA-молекулами избирательно вовлекаются пептиды глютена, которые отличаются высоким содержанием пролина и глутамина, резистентных к протеолизу. Именно такие иммуннодоминантные пептиды становятся предпочтительными субстратами для фермента тканевой трансглутаминазы, которые дезаминируются, затем подвергаются процессу олигомеризации, приводящему к формированию определенной аминокислотной последовательности в пептидах

глютена («мотив»), после чего связываются с ^А-молекулами и презентируются, активизируя Т-клетки. Сегодня определены ключевые «мотивы», которые размещаются внутри карманов антигенсвязывающей полости и по которым, в основном, происходит связывание пептидов. Изучение молекулярных механизмов связывания подтвердило, что именно процессы дезаминирования пептидов глютена приводят к 25-кратному увеличению аффинности при связывании пептидов глютена с ^А-молекулами. Резкое увеличение аффинности объясняют формированием водородных связей между глутаминовой кислотой (Е) дезаминированного пептида глютена и HLA-молекулой в определенных карманах (позициях), что приводит к образованию удивительно сложной сети нековалентных взаимодействий. Без трансформации глутамина в отрицательно заряженную глутаминовую кислоту, в которой присутствует карбоксильный кислород как мощный акцептор водородной связи не происходит взаимодействия пептида глютена с HLA-молекулой [34].

Связыванию пептидов глютена с НЬА-молеку-лами сейчас уделяется большое внимание, так как аффинность связывания определяет активизацию Т-лимфоцитов и провоцирует развитие целиакии. Изучение процессов связывания пептидов с HLA-моле-кулами выявило, что риск развития целиакии зависит от возможности HLA-молекул связывать большое количество разнообразных пептидов глютена. Было установлено, что у HLA-DQ2-гомозигот, имеющих как более высокий уровень HLA-DQ2-экспрессии, так и высокий риск развития болезни, наблюдался большой выбор связывания глютеновых пептидов и широкие возможности их презентации. Изучение процессов связывания глютеновых пептидов у разных молекул HLA-DQ2 (DR7-DQ2 и DR3-DQ2) показало, что DR3-DQ2 связывает больший репертуар глютеновых пептидов (рис. 3) по сравнению с DR7-DQ2, что согласуется с разным риском развития глютеновой энтеро-патии у таких пациентов. Проведенные генетические исследования у больных цели-акией показали, что 95% больных целиакией являются носителями молекул ША-DQ2 и всего 5% — молекул HLA-DQ8 [35].

Сегодня известно, что самый высокий генетический риск имеют гомозиготы с DR3-DQ2 гаплотипом, приводящим к формированию двух копий DQ2.5 диме-ров в цис-комбинации, а также димер DR3-DQ2/DR7-DQ2. Средний генетический риск определяет присутствие одной копии DR3-DQ2 вместе с другими, не предрасполагающими к целиакии, гаплотипами, а также гетерозиготной формы DR5-DQ7/ DR7-DQ2, которые приводят к формированию одного функционального DQ2.5 ди-мера в цис- и транс-форме. Все эти закономерности объяснила выявленная прямая зависимость генетического риска от количества фукциональных копий HLA-DQ2, DQ8 молекул (табл.) [36].

Проводимые популяционные геномные исследования определили, что только 0,4-0,7% больных целиакией не имеют указанных выше молекул и подтвердили необходимость ^А-молекул для манифестации целиакии. В то же время установлено, что 30-40% здоровых индивидуумов экспрессируют HLA-DQ2 и HLA-DQ8. Вы-

Рис. 3. Презентация пептидов глютена у разных молекул ИЬА-DQ2 [35]

явленные доказательства показали, что присутствия только аллельных вариантов HLA генов класса II недостаточно для развития целиакии [30]. Результаты О'М^АЗ подтвердили полученный вывод, представив большое количество других генов, участвующих в развитии целиакии.

Табпица. Зависимость генетического риска от количества функциональных копий HLA-генов [36]

Категория риска HLA генотипы Абсолютный HLA риск (%)

DQ7 / DQ7 0,0000

Низкий риск DQX/DQX 0,0433

DQ7 / DQX 0,0470

DQ2.2 / DQX 0,1661

DQ8 / DQ7 0,2765

DQ8 / DQX 0,5326

DQ2.5 / DQ8 1,5769

Средний риск DQ2.2 / DQ2.2 1,6366

DQ8 / DQ8 1,6366

DQ2.5 / DQ7 2,2587

DQ2.5 / DQX 2,6194

DQ8 / DQ2.2 2,9600

DQ2.2 / DQ7 3,7232

Высокий риск DQ2.5 / DQ2.2 7,7079

DQ2.5 / DQ2.5 12,8137

Примечание: D Ох — любая другая, кроме представленных в таблице, НЬА-молекула.

Результаты полногеномного анализа ассоциаций ОША8, определившие HLA-генам роль основных генетических маркеров целиакии, привели к подробному их изучению для оптимального использования в диагностике целиакии, особенно ее субклинических форм, что сегодня представляется очень важным. Проведенные зарубежные и отечественные исследования (например, Н. В. Вохмянина, 2010) установили недостаточную специфичность (56%) генетических маркеров, которая не может служить прогностическим признаком для целиакии. Вместе с тем, выявленная максимальная предсказательная ценность отрицательного результата (99,8%) позволяет использовать HLA-генотипирование как скринирующий тест для исключения целиакии в группах риска (первая ступень родства и пациенты, имеющие ассоциированные с целиакией заболевания) и для проведения дифференциальной диагностики при вынесении окончательного диагноза [36].

Благодаря проведению О'М^АЗ достигнуты значительные успехи в генетике цели-акии. Выявленные новые генетические ассоциации помогли определить, например, новые направления в лечении заболевания. До сих пор лечение целиакии включает строгое соблюдение диеты без глютена, что приводит к психологическим проблемам у пациентов. Кроме того, имеется значительная часть больных, у которых наблюдается повышенная чувствительность к глютену, проявляющаяся в реакции на следовые количества глютена в продуктах. Такая реакция на глютен обуславливает развитие рефрактерной целиакии и способствует формированию серьезных осложнений.

Необходимо также отметить, что производство безглютеновых продуктов требует применения дорогих технологий, что объясняет высокую стоимость продуктов без глютена. Новые направления в лечении больных целиакией, появившиеся благодаря новым методам поиска генов, помогают избежать проблем, связанных с соблюдением безглютеновой диеты. Так, модуляция и/или ингибирование провоспалительных цитокинов, уменьшение проницаемости кишечного эпителия путем воздействия на определенные клеточные рецепторы, ингибирование активности кишечной тканевой трансглутаминазы, использование конкурентов молекул HLA-DQ2 и HLA-DQ8 для представления пептидов глютена могут определить терапевтический выбор и значительно повысить качество жизни пациентов [37].

Несмотря на достигнутые успехи большая часть наследственной предрасположенности к целиакии еще не установлена. Однако быстрый прогресс, связанный с появлением высоких технологий в генетическом тестировании, вселяют надежду на перспективность проводимых исследований.

Литература

1. Mustalahti K. The prevalence of celiac disease in Europe: results of a centralized, international mass screening project / K. Mustalahti [et al.] // Ann Med. 2010. Vol. 42. P. 58-74.

2. Lionetti E. New Clues in Celiac Disease Epidemiology, Pathogenesis, Clinical Manifestations and Treatment / E. Lionetti, C. Catassi // International Reviews of Immunology. 2011. Vol. 30. P. 219-231.

3. Di Sabatino A. Coeliac disease / A. Di Sabatino, G. R. Corazza // Lancet. 2009. Vol. 373. P. 1480-1493.

4. Kumar V. From genome-wide association studies to disease mechanisms: celiac disease as a model for autoimmune diseases / V. Kumar, C. Wijmenga, S. Withoff // Semin Immunopathol. 2012. Vol. 34. P. 567-580.

5. Trynka G. A genetic perspective on coeliac disease / G. Trynka, C. Wijmenga, D. A van Heel // Trends Mol Med. 2010. Vol. 16 (11). P. 537-550.

6. Collins F. S. Shattuck Lecture Medical and Societal Consequences of the Human Genome Project // New Engl. J. Med. 1999. Vol. 341, N I. P. 28-37.

7. Gabriel S. B. The structure of haplotype blocks in the human genome / S. B. Gabriel [et al.] // Science. 2002. Vol. 296, N 5576. P. 2225-2229.

8. Баранов В. С. Полиморфизм генов, экогенетические болезни и предиктивная персонализированная медицина // Экологическая генетика. Том IX, № 3. 2011. С. 3-14.

9. Аульченко Ю. С. Разработка и применение методов полногеномного анализа генетических ассоциаций сложных признаков: aвтореф. дис. ... д-ра биол. наук. Новосибирск, 2010.

10. Zhernakova A. Meta-analysis of genome-wide association studies in celiac disease and rheumatoid arthritis identifies fourteen non-HLA shared loci / A. Zhernakova, E. Stahl [et al.] // Plos Genet. 2011. Vol. 7. P. e1002004.

11. Trynka G. From genome-wide association studies to disease mechanisms: celiac disease as a model for autoimmune diseases / G. Trynka, [et al.] // Semin Immunopathol. 2012. Vol. 34. P. 567-580.

12. Tosi R. et al. Evidence that celiac disease is primarily associated with a DC locus allelic specificity // Clin. Immunol. Immunopathol. 1983. Vol. 28. P. 395-404.

13. Fehrmann R. Trans-eQTLs Reveal That Independent Genetic Variants Associated with a Complex Phenotype Converge on Intermediate Genes, with a Major Role for the HLA / R. Fehrmann [et al.] // PloS Genet. 2011. Vol. 7 (8). P. e1002197.

14. Zhernakova A. Detecting shared pathogenesis from the shared genetics of immune-related diseases / A. Zhernakova, C. Diemen, C. Wijmenga // Nat Rev Genet. 2009. Vol. 10 (1). P. 43-55.

15. Fu J. Unraveling the regulatory mechanisms underlying tissue-dependent genetic variation of gene expression / J. Fu [et al.] // PloS Genet. 2012. Vol. 8 (1). P. e1002431.

16. Рабсон А. Основы медицинской иммунологии / А. Рабсон, А. Ройт, П. Делвз. М.: Мир, 2006. 320 с.

17. Ганковская О. А. Молекулярно-генетические механизмы врожденного иммунитета на уровне слизистых оболочек при патологии инфекционного генеза: дис. ... д-ра мед. наук. М., 2010. 232 с.

18. Цыган В. Н. Генетический полиморфизм иммуногенной сигнальной системы / В. Н. Цыган, А. М. Иванов, Т. А. Камилова, Е. А. Кожухова, Н. Н. Мурашкин // Инфектология. 2011. Т. 3, № 2. С. 2127.

19. Fasano A. Innate Immunity and Celiac Disease Frontiers in Celiac Disease / A. Fasano, R. Troncone, D. Branski // Pediatr Adolesc Med. Basel, Karger. 2008. Vol. 12. P. 66-81.

20. Netea Mihai G. Genetic variation in Toll-like receptors and disease susceptibility / Mihai G. Netea [et al.] // Nature Immunology. 2012. Vol. 13. P. 535-542.

21. Myléus A. Early infections are associated with increased risk for celiac disease: an incident case-referent study / A. Myléus, O. Hernell, L. Gothefors // BMC Pediatrics. 2012. Vol. 12. P. 194-207.

22. Fernandez-Jimenez N. Coregulation and modulation of NFkB-related genes in celiac disease: uncovered aspects of gut mucosal inflammation / N. Fernandez-Jimenez, A. Castellanos-Rubio [d; al.] // Human Molecular Genetics. 2013. Vol. 1. P. 1-13.

23. Ferretti G. Celiac Disease, Inflammation and Oxidative Damage: A Nutrigenetic Approach / G. Fer-retti, T. Bacchetti [et al.] // Nutrients. 2012. Vol. 4. P. 243-257.

24. Trynka G. Coeliac disease-associated risk variants in TNFAIP3 and REL implicate altered NF-kappaB signalling / G. Trynka [et al.] // Gut. 2009. Vol. 58. P. 1078-1083.

25. van Heel D. A. A genome-wide association study for celiac disease identifies risk variants in the region harboring IL2 and IL21 / D. A. van Heel, L. Franke, K. Hunt [et al.] // Nature Genetics. 2007. Published online at http://www.nature.com/naturegenetics

26. Qiao S. W. The adaptive immune response in celiac disease / S. W. Qiao, R. Iversen, M. Ráki, L. M. Sollid // Semin Immunopathol. 2012. Vol. 34(4). P. 523-540.

27. Gutierrez-Achury J. Shared genetics in coeliac disease and other immune-mediated diseases / J. Guti-errez-Achury, R. Coutinho de Almeida C. Wijmenga // InternMed. 2011. Vol. 269. P. 591-603.

28. Минеев В. Н. Современные представления о Jak-STAT системе как новой сигнальной системе и ее нарушениях при иммунной патологии: механизмы негативной регуляции / В. Н. Минеев, Л. Н. Сорокина // Аллергология. № 1. 2006. С. 49-55.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

29. Zhernakova A. Evolutionary and functional analysis of celiac risk loci reveals SH2B3 as a protective factor against bacterial infection / A. Zhernakova [et al.] // Am. J. Hum. Genet. 2010. Vol. 86. P. 970-977.

30. Romanos J. Predicting susceptibility to celiac disease by genetic risk profiling / J. Romanos,

C. Wijmenga // Annals of Gastroenterology & Hepatology. 2010. Vol. 1. P. 11-18.

31. Mulder D. J. Letter: HLA-antigens and coeliac disease // Lancet. 1974. Vol. 2. P. 727.

32. Tosi R. Evidence that celiac disease is primarily associated with a DC locus allelic specificity / R. Tosi [et al.] // Clin. Immunol. Immunopathol. 1983. Vol. 28. P. 395-404.

33. Sollid L. M. Evidence for primary association of celiac disease to a particular HLA-DQ a/b heterodi-mer / L. M. Sollid [et al.] // J. ExP. Med. 1989. Vol. 169 (1). P. 345-350.

34. Henderson K. N. The production and crystallization of the human leukocyte antigen class II molecules HLA-DQ2 and HLA-DQ8 complexed with deamidated gliadin peptides implicated in coeliac disease / K. N. Henderson [et al.] // Acta. Crystallogr. Sect. F. Struct. Biol. Cryst. Commun. 2007. Vol. 63, N 12. P. 1021-1025.

35. Fasano A. Celiac Disease: Across the Threshold of Tolerance Frontiers in Celiac Disease / A. Fasano, R. Troncone, D. Branski // Pediatr Adolesc Med. Basel, Karger. 2008. Vol. 12. P. 82-88.

36. Вохмянина Н. В. Опыт HLA-типирования больных целиакией. Диагностическая значимость HLA-DQ2 и HLA-DQ8 // Медицинская генетика. № 7. 2010. С. 33-41.

37. Schuppan D. Celiac Disease: From Pathogenesis to Novel Therapies / D. Schuppan, Y. Junker,

D. Barisani // Gastroenterology. 2009. Vol. 137. P. 1912-1933.

Статья поступила в редакцию 20 июня 2014 г.

Контактная информация

Вохмянина Наталья Васильевна — кандидат медицинских наук, заведующая лабораторией;

spbnat@yandex.ru

Вавилова Татьяна Владимировна — доктор медицинских наук, профессор; vtv.lab@rambler.ru

Vokhmyanina Natalia V. — Candidate of Medicine, Head of Laboratory; spbnat@yandex.ru

Vavilova Tatiana V. — Doctor of Medicine, Professor; vtv.lab@rambler.ru

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.