CC BY
8УДК 575.164
Белова Т.Д., магистрант, Горбунова В.Ю., д-р биол. наук, проф., зав. каф. генетики,
ФГБОУВО «БГПУ им. М. Акмуллы» Резбаева Г.Н., врач высшей категории, зав. отделом детской офтальмологии ФГБУ «Всероссийский центр глазной и пластической хирургии»
Минздрава России (Уфа, Россия)
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПОЛИМОРФНЫХ ВАРИАНТОВ ГЕНОВ СОЬ1Л1 (БЕЛОК а-1 ЦЕПИ КОЛЛАГЕНА), УБЯ (РЕЦЕПТОР К ВИТАМИНУ Б), ЛСт3 (Белок а-АКТИНИНА-3) И МУИ7 (БЕЛОК ТЯЖЕЛОЙ ЦЕПИ Р-МИОЗИНА) НА ФОРМИРОВАНИЕ ПРЕДРАСПОЛОЖЕННОСТИ К МИОПИИ
Аннотация. Близорукость или миопия является сложным многофакторным заболеванием. Изучение генетической составляющей представляет собой уникальную возможность для обнаружения важных структур, которые могут играть значимую роль в патогенезе миопии, что, в свою очередь, может помочь в дальнейшем досконально определить этиологию данной аномалии рефракции и, как результат, возможность создания персонифицированной ранней предикции и комплекса профилактических мер.
Ключевые слова: миопия, ген, полиморфизм, экспрессия, белок, коллаген, генетический фактор, аномалия рефракции.
В настоящее время вопросы исследования причин возникновения и развития миопии являются достаточно актуальными, поскольку связаны с усиливающимся распространением данного рефракционного нарушения. Согласно последним данным, сейчас на планете около трети населения страдают близорукостью. В России данный показатель составил 28 млн. человек. Прогрессирующая миопия и возникающие ввиду этого различные функциональные и органические нарушения структур глаза могут стать причиной не только значительного ухудшения качества жизни пациентов, но и в некоторых случаях привести к инвалидности. Исходя из эпидемиологических данных, прогрессирующая миопия и миопия высокой степени могут стать основной причиной развития таких заболеваний как: глаукома, дегенерация желтого пятна, катаракта, отслойка сетчатки, миопическая макулопатия и др.[16].
Согласно различным исследованиям, ученые выделяют 2 формы миопии -простую («физиологическую») и патологическую - «прогрессирующую»,
«миопическую болезнь» [5]. Простая форма миопии является своего рода адаптивной реакций развивающегося организма и представляет собой приспособленческий биологический вариант развития глаза, она связана с постоянной напряженной работой на близком расстоянии и не превышает 3,0 дптр, берет свое развитие в дошкольном и школьном возрасте и не сопровождается функциональными осложнениями и нарушениями. В свою очередь, прогрессирующая миопия не редко связана с нарушениями развития соединительной ткани, считается врожденным или наследственным заболеванием и может привести к инвалидности (синдром Марфана, синдром Элерса-Данлоса, синдром Стиклера, синдром глухоты и миопии, синдром полной врождённой ночной слепоты и др).
На данный момент нельзя с уверенностью сказать, что существует единая, общепринятая теория развития близорукости. Чаще всего в качестве возможных предпосылок к возникновению миопии упоминают следующие факторы: наследственный, аккомодационный, гидростатический, конвергентный, гормональный, гемодинамический и трофический [1].
В 1965 году Аветисовым Э.С. и его школой была разработана трехфакторная теория происхождения близорукости [2], которая считается наиболее обоснованной с точки зрения методологии и объема исследований. Согласно данной теории, в формировании миопии можно выделить три основных элемента:
1. Зрительную работу на близком расстоянии и ослабленную аккомодацию;
2. Структурно измененную склеру;
3. Наследственную предрасположенность.
Формирование рефракции глаза находится под контролем как внешних, так и генетических факторов, последние в свою очередь играют преобладающую роль в реализации воздействия внешних факторов на развитие рефракции [19]. Вклад наследственного фактора в развитие миопии составляет 98%, а на формирование дисперсии преломления приходится 60-90%. Среди внешних факторов основное влияние на развитие заболевания имеет образ жизни: имеет значение количество времени, затрачиваемое на работу на близком расстоянии и проводимое на открытом
воздухе. Если первый показатель положительно связан с риском развития миопии, то количество мероприятий вне помещений — отрицательно [15].
Различные формы аметропии, в том числе миопия, могут наследоваться как аутосомно-доминантно, так и аутосомно-рецессивно. Аутосомно-доминантный тип наследования связан с проявлением заболевания в подростковом возрасте вкупе с мягким клиническим течением, при этом внешние факторы имеют более значимое патогенетическое значение, чем при аутосомно-рецессивном типе наследования [6].
Рост и развитие глаза представляет собой направленное формирование сложной оптической системы под влиянием факторов внешней среды и наследственности, а не просто увеличение размеров глаза. При этом аккомодация является одним из главных этиологических моментов развития оптической системы глаза. Если аккомодационная способность напряжения слабая, то зрительная работа на близком расстоянии становится для глаз непосильной нагрузкой. В таком случае цилиарная мышца направляет сигнал в центр управления ростом глаза и побуждает его к изменению оптической системы таким образом, что становится возможным работа на близком расстоянии без напряжения аккомодации. Это становится возможным в основном за счет умеренного удлинения переднезадней оси глаза в период его роста [7]. Можно сделать вывод, что миопия - следствие реакции организма, которая основана на удлинении глазного яблока, осуществленном по принципу обратной связи. Таким образом, слабость или нарушение соединительной ткани, общие заболевания организма и иные факторы оказывают положительное влияние на то, чтобы причина - слабая аккомодация вместе с работой на близком расстоянии перешла в следствие -миопическую рефракцию [2].
Ослабленная аккомодация, приводящая к миопической рефракции, связана с патологическим тонусом цилиарной мышцы, которая по своей структуре относится к гладкой мускулатуре и состоит из трех видов мышечных волокон. Основным фактором адекватной работы данной мышцы является способность к сокращению в течении длительного времени, что зависит от многих функциональных структур, в том числе, взаимодействия актина (ген ЛСТМ3) и миозина (ген МУИ7),
следовательно, стоит изучить возможность влияния данных генов и их продуктов на патогенез миопии.
Ген изоформы 3 а-актинина скелетных мышц человека (ген ЛCTN3) расположен на длинном плече хромосомы 11 и кодирует белок а-актинин-3 [13]. Основной функцией изоформы а-актининов в скелетных мышцах человека является поддержание статической функции, но помимо этого они так же влияют на строение тонких филаментов и на регуляторную функцию, поскольку принимают участие в регуляции дифференцировки и сокращении миофибрилл. Что касается изменений в нуклеотидном составе, то в гене ЛСТЮ наиболее известна замена C>T полиморфизма ю1815739, кото рая является причиной окончания (терминации) синтеза белка в аминокислотной позиции 577 экзона 16, что происходит вследствие замены аргинина на терминирующий кодон (замены Я577Х) [14]. Данный полиморфизм влияет на строение мышечных волокон, приводя к дефициту а-актинина-3, что, в свою очередь, может стать причиной снижения скорости сокращения и спазму аккомодации - миопической рефракции.
Продуктом гена МУИ7, который расположен на плече 14 хромосомы (14ц12), является белок тяжелой цепи Р-миозина. Его функция связана с взаимодействием глобулярной головки мышцы с актином, что приводит к высвобождению энергии и осуществляется процесс сокращения мышцы. При замене нуклеотида гуанина на аденин - GG'G>GЛG, изменяется аминокислотная последовательность цепи -Л^40301п, что является причиной изменения конформации головки миозина и, как следствие, нарушение взаимодействия с актином и неправильной работе цилиарной мышцы, а именно ее сокращение. Аллель *А — мутантный, приводит к структурным нарушениям миоцитов и изменением в процессе сокращения. Аллель -
протективный, определяет нормально функционирующий белок.
Ослабление прочностных свойств склеры является следующим важным элементом в трехфакторной теории Аветисова. В следствии такого нарушения возникают условия для неправильного ответа на стимул к росту глазного яблока, что сопровождается его постепенным растяжением. В норме склера состоит из преимущественно коллагена 1-го типа, что составляет примерно 70-90% сухого веса
[12]. В некоторых случаях при прогрессирующей миопии могут наблюдаться изменения в структуре коллагеновых волокон склеры, а именно диссоциация коллагеновых пучков и увеличение количества фибрилл малого диаметра [9]. При исследовании склеры миопического глаза так же были обнаружены фиброкласты, которые принимают участие в разобщении коллагеновых структур [4]. Таким образом, ведущим фактором в патогенезе миопии является растяжение склеры вследствие ослабления ее прочностных свойств, поэтому гены, кодирующие коллагены разных типов, особенно коллаген 1-го типа, могут быть определяющими в предрасположенности к миопии.
Продуктом гена СОЬ1Л1 является аминокислотная последовательность а-1 цепи белка коллагена 1 типа. Можно предположить, что одной из основных причин нарушения организации соединительной ткани, а именно склеры, является генетически обусловленная патология белка коллагена. Ген СОЬ1Л1 расположен на длинном плече 17 хромосомы (17q21.31-q22.05), имеет размер 18 т.п.н. и содержит 51 экзон [10]. Существует много исследований, посвященных изучению ассоциации между нарушениями в соединительной ткани и полиморфизмом гена СОЬ1Л1. Несмотря на то, что во многих научных статьях были получены противоречивые результаты, на данный момент для гена СОЬ1Л1 имеются убедительные данные, позволяющие сказать о значимой роли этого гена в патогенезе миопии.
Полиморфизм ю1800012 (02046Т), расположенный в первом интроне регуляторной области гена COL1Л1, связан с повышением уровня продукции данного белка, что ведет к нарушению правильного соотношения субъединиц в коллагене и ухудшению его прочностных свойств. При этом аллель *Т приводит к снижению прочности и гибкости соединительной ткани, что увеличивает риск нарушений в строении склеры глаза, особенно при совместном носительстве аллеля *В гена УБЯ. Аллель является протективным и регулирует уровень продукции белка коллагена, при котором соотношение коллагена находится в норме.
В последнее время все чаще в исследованиях упоминается о кандидатных генах патогенеза миопии, которые отвечают за метаболизм коллагенов и участвуют в
регуляции синтеза и организации коллагеновых структур и в их деградации. К таким принадлежит рецептор к витамину D (VDR).
Установлено, что одной из функций для VDR, активированного витамином D, является подавление на уровне транскрипции синтеза многих изоформ коллагена, в том числе и коллагена типа I, являющегося основным компонентом матрикса склеры [9]. Таким образом можно сказать, что рецептор к витамину D в тканях глаза может быть регулятором экспрессии генов коллагенов. Следовательно, рецептор к витамину D, а также сам витамин D могут иметь значение в регуляции роста глаза [8]
Ген VDR локализован на длинном плече хромосомы 12 (12q13.11) и состоит из 11 экзонов длиной примерно в 75 т.п.о. Для исследования в области миопии представляют интерес такие полиморфные сайты гена как BsmI (rs1544410) в 8 интроне и TaqI (rs731236) в 9 экзоне, которые связаны со стабильностью мРНК [17]. Полиморфизм BsmI представляет собой замену нуклеотида A>G в восьмом интроне, в результате чего формируется сайт рестрикции для эндонуклеазы BsmI. Полиморфизм TaqI представляет собой замену T>C в кодоне 352 кодирующей области гена, девятый экзон, в результате которой формируется сайт рестрикции для эндонуклеазы TaqI.
Было выявлено, что данные полиморфные сайты BsmI/TaqI гена VDR могут иметь влияние на развитие заболеваний, в основе которых лежат нарушения синтеза коллагена [18], поэтому ген рецептора к витамину D может участвовать в развитии миопии, так как участвует в метаболизме коллагена типа I, являющегося основным компонентом склеры.
Таким образом, исходя из представленных литературных данных, необходимо провести исследование влияния генов COL1A1 - белок а-1 цепи коллагена, VDR -рецептор к витамину D, ACTN3 — белок а-актинина-3 и MYH7 — белок тяжелой цепи ß-миозина, изучение которых поможет точнее определить этиологию данного заболевания и в дальнейшем создать персонифицированную раннюю предикцию и комплекс профилактических мер.
ЛИТЕРАТУРА
1. Аветисов Э.С. Биомеханические исследования патогенеза миопии / Э.С. Аветисов, Е.Н. Иомдина // Труды международного симпозиума. - 2001. - С.8-9.
2. Аветисов Э.С. Близорукость [Текст]: монография / Э.С. Аветисов // 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Медицина, 1999. - C. 288 с.
3. Богинская О.А. Исследование аккомодации при близорукости на фоне недифференцированной дисплазии соединительной ткани / Богинская О.А и соавт. // Вестник офтальмологии. - 2012. - Т.128, №5. - С. 22-25.
4. Винецкая М.И. Биохимические аспекты прогрессирующей миопии / М.И. Винецкая, З.К. Болтаева, Е.Н. Иомдина, Л.Д. Андреева / Офтальмологический журнал.
- 1988. - №3. - С. 155-158.
5. Волков В.В. Миопизация формирующегося глаза и миопическая болезнь / В.В. Волков, И.М. Никитин // Офтальмологический журнал. - 1978. - №1. - С.29-34.
6. Иомдина Е.Н. Современные направления фундаментальных исследований патогенеза прогрессирующей миопии / Е.Н. Иомдина, Е.П. Тарутта // Вестник Российской академии медицинских наук. - 2014. - №3-4, Т. 69. - С. 44-49.
7. Слувко Е.Л. Миопия. Нарушение рефракции - это болезнь / Е.Л. Слувко // Астраханский вестник экологического образования. - 2014. - №2(28). - С. 160-165.
8. Халилов Ш.А. Изучение полиморфизма генов коллагена I,III типов как факторов риска развития первичной открытоугольной глаукомы [Текст]: автореф. дис. на соискание уч. степени канд. мед. наук:03.02.01 / Халилов, Шамиль Абдурахманович.
- Москва, 2016. - 116 с.
9. Artaza J.N. Vitamin D reduces the expression of collagen and key profibrotic factors by inducing an antifibrotic phenotype in mesenchymal multipotent cells / J.N. Artaza, K.C. Norris // J. Endocrinol. — 2009. — Vol. 200, N 2. — P. 207-221.
9. Curtin B.J. Normal and staphylomatous sclera of high myopia - an electron microscopic study / B.J. Curtin, T. Iwamoto, D.P. Renaldo / Arch. Ophthalmol. - 1979. - Vol. 97. - P. 912-915.
10. Dalgleish R. The human type I collagen mutation database / R. Dalgleish // Nucleic Acids Research. - 1997. - Ш. 25, №1. - P. 181-187.
11. Druzhevskaya A.M. Association of the ACTN3 R577X polymorphism with power athlete status in Russians /A.M. Druzhevskaya // Eur J Appl Physiol. - 2008. - Vol.103
- Р. 631-634
12. Kelly F.W. Characterisation of collagen from normal human sclera / F.W. Kelly // Exp. Eye Res. - 1984. - Vol.9. - P.533-541.
13. Mills M. Differential expression of the actin-binding proteins, alpha-actinin-2 and -3, in different species: implications for the evolution of functional redundancy / M.Mills, N.Yang, R.Weinberger // Human Molecular Genetics. - 2001. - Vol.10. - P. 1335-1346.
14. North K.N. A common nonsense mutation results in alpha-actinin-3 deficiency in the general population / K.N. North, N.Yang, D. Wattanasirichaigoon // Nature Genetics. -1999. - Vol. 21. - P.353-354.
15. Simpson C.L. Genome-wide metaanalysis of myopia and hyperopia provides evidence for replication of 11 loci / C.L.Simpson // PLoS One. - 2014. - Vol. 9. N.9.
16. Tkatchenko A.V. APLP2 Regulates Refractive Error and Myopia Development in Mice and Humans / A.V. Tkatchenko // PLoS Genet. - 2015.
17. Uitterlinden A.G. 24. Genetics and biology of vitamin D receptor polymorphisms / A.G. Uitterlinden, Y. Fang, J. B. Van Meurs // Gene. — 2004. — Vol. 338, N 2. - P. 143-156.
18. Valdivielso J.M. Vitamin D receptor polymorphisms and diseases / J.M. Valdivielso, E. Fernandez // Clin. Chim. Acta. - 2006. - Vol. 371, N 1-2. - P. 1-12.
19. Verhoeven V.J. Genome-wide metaanalyses of multiancestry cohorts identify multiple new susceptibility loci for refractive error and myopia / V.J. Verhoeven // Nat Genet. - 2013. - Vol.45, N.3. - P. 314-318.
