CC BY
23
https://russjcardiol.elpub.ru doi:10.15829/1560-4071-2019-10-92-98
ISSN 1560-4071 (print) ISSN 2618-7620 (online)
Варианты в гене ЯБМ20 у пациентов детского возраста с дилатационной кардиомиопатией
Киселёв А. М., Вершинина Т. Л., Тарновская С. И., Яковлева Е. В., Бутиш Л., Фомичева Ю. В., Федотов П. А., Козырева А. А., Вахрушев Ю. А., Латыпов А. К., Морозов А. А., Козырев И. А., Первунина Т. М., Васичкина Е. С., Костарева А. А.
Цель. Описание трёх клинических случаев дилатационной кардиомиопатии (ДКМП) у пациентов детского возраста и анализ их генетических причин. Материал и методы. При помощи метода целевого секвенирования были получены данные о наличии патогенных вариантов гена RBM20 у трех пациентов детского возраста с ДКМП.
Результаты. Детально описаны три случая развития ДКМП в детском возрасте, ассоциированные со структурными нарушениями в гене RBM20. Известно, что RBM20 участвует в сплайсинге мРНК гена TTN, кодирующего белок титин. Нарушение сплайсинга, связанное с патогенными вариантами в гене RBM20, может приводить к изменению биомеханических и сигнальных процессов в клетках миокарда, вызывая патологическое дилатационное ремо-делирование и нарушения ритма.
Заключение. Варианты в гене RBM20 ассоциированы с тяжелым течением ДКМП с дебютом в детском возрасте. В ряде случаев прогрессирование RBM20-ассоциированных кардиомиопатий связано с перенесенным инфекционным заболеванием. Дальнейшее исследование молекулярных механизмов патогенеза ДКМП, ассоциированных с патогенными вариантами в генах TTN и RBM20, является крайне актуальным как для клинической кардиологии, так и для фундаментальной медицины.
к.м.н., зав. научно-исследовательской лабораторией высокотехнологичных методов лечения сердечной недостаточности, ORCID: 0000-0002-7452-1971, Козырева А. А. — к.б.н., с.н.с., научно-исследовательской лаборатории молекулярной кардиологии и генетики, ORCID: 0000-0003-0656-7967, Вахрушев Ю. А. — ассистент, аспирант кафедры лабораторной медицины и генетики, ORCID: 0000-0001-8911-1927, Латыпов А. К. — к.м.н., врач-сердечнососудистый хирург, зав. отделением сердечно-сосудистой хирургии для детей, ORCID: 0000-0002-5459-6765, Морозов А. А. — к.м.н., врач сердечнососудистый хирург, отделения сердечно-сосудистой хирургии для детей, ORCID: 0000-0001-9350-8804, Козырев И. А. — врач сердечно-сосудистый хирург, отделения сердечно-сосудистой хирургии для детей, ORCID: 00000002-2533-5339, Первунина T. М. — к.м.н., директор Института перинатологии и педиатрии, ORCID: 0000-0001-9948-7303, Васичкина Е. С. — д.м.н., профессор, г.н.с. научно-исследовательского отдела сердечно-сосудистых заболеваний, ORCID: 0000-0001-7336-4102, Костарева А. А.* — к.м.н., директор Института молекулярной биологии и генетики, ORCID: 0000-0002-9349-6257.
*Автор, ответственный за переписку (Corresponding author): akostareva@hotmail.com
Ключевые слова: дилатационная кардиомиопатия, RBM20, титин. Конфликт интересов: не заявлен.
Финансирование. Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (РНФ) грант № 18-75-00006.
ФГБУ НМИЦ им. В. А. Алмазова Минздрава России, Санкт-Петербург, Россия.
Киселёв А. М. — к.б.н., н.с. научно-исследовательской лаборатории молекулярной кардиологии и генетики, ОЯСЮ: 0000-0002-5524-6900, Вершинина Т. Л. — зав. отделением, детской кардиологии и медицинской реабилитации, ОЯСЮ: 0000-0003-1311-2020, Тарновская С. И. — к.б.н., м.н.с. группы клеточной биологии Института молекулярной биологии и генетики, ОЯСЮ: 0000-0002-6777-0785, Яковлева Е. В. — врач-кардиолог детской кардиологии и медицинской реабилитации, ОЯСЮ: 0000-0002-7758-5102, Бутиш Л. — врач отделения Детской кардиологии и медицинской реабилитации, ОЯСЮ: 00000003-4040-2824, Фомичева Ю. В. — врач-генетик Центральной клинико-диагностической лаборатории, ОЯСЮ: 0000-0001-8950-8617, Федотов П.А. —
КМП — кардиомиопатия, ДКМП — дилатационная кардиомиопатия, ГКМП — гипертрофическая кардиомиопатия, АКМП — аритмогенная кардиомиопатия, РКМП — рестриктивная кардиомиопатия, ТТИ — титин, ЛЖ — левый желудочек, ПЖ — правый желудочек, ЭхоКГ — эхокардиография, ФВ — фракция выброса, КДР — конечный размер желудочка при расслаблении, КСР — конечный размер желудочка при сокращении, КДО — конечный диастолический объем, СН — сердечная недостаточность, ХСН — хроническая сердечная недостаточность.
Рукопись получена 13.05.2019 Рецензия получена 0707.2019 Принята к публикации 15.072019
Для цитирования: Киселёв А. М., Вершинина Т. Л., Тарновская С. И., Яковлева Е. В., Бутиш Л., Фомичева Ю. В., Федотов П.А., Козырева А.А., Вахрушев Ю.А., Латыпов А. К., Морозов А.А., Козырев И. А., Первунина Т. М., Васичкина Е. С., Костарева А. А. Варианты в гене RBM20 у пациентов детского возраста с дилатационной кардиомиопатией. Российский кардиологический журнал. 2019;24(10):92-98 Со1:1015829/1560-4071-2019-10-92-98
Variants of RBM20 gene in pediatric patients with dilated cardiomyopathy
Kiselev A. M., Vershinina T. L., Tarnovskaya S. I., Yakovleva E. V., Butish L., Fomicheva Yu. V., Fedotov P. A., Kozyreva A. A., Vakhrushev Yu. A., Latypov A. K., Morozov A. A., Kozyrev I. A., Pervunina T. M., Vasichkina E. S., Kostareva A. A.
Aim. Description of three clinical cases of pediatric patients with dilated cardiomyopathy (DCMP) and an analysis of their genetic causes. Material and methods. Using the method of targeted sequencing, data were obtained on the presence of pathogenic variants of the RBM20 gene in three pediatric patients with DCMP.
Results. Three cases of childhood DCMP development, associated with structural disorders in the RBM20 gene, are particularly described. It is known that RBM20 is involved in the splicing of mRNA of the TTN gene encoding the titin protein. A splicing disorder associated with pathogenic variants in the
RBM20 gene can lead to a change in biomechanical and signaling processes in myocardial cells, causing pathological dilated remodeling and rhythm disorders.
Conclusion. Variants in the RBM20 gene are associated with severe DCMP with a childhood debut. In some cases, the progression of RBM20-associated cardiomyopathies is associated with an infectious disease. Further study of the molecular mechanisms of the pathogenesis of DCMP associated with pathogenic variants in the TTN and RBM20 genes is extremely relevant for both clinical cardiology and fundamental medicine.
Key words: dilated cardiomyopathy, RBM20, titin. Conflicts of Interest: nothing to declare.
Funding. This work was financially supported by the Russian Science Foundation (RSF) grant № 18-75-00006.
Almazov National Medical Research Center, St. Petersburg, Russia.
Kiselev A. M. ORCID: 0000-0002-5524-6900, Vershinina T. L. ORCID: 00000003-131 1-2020, Tarnovskaya S. I. ORCID: 0000-0002-6777-0785, Yakov-leva E. V. ORCID: 0000-0002-7758-5102, Butish L. ORCID: 0000-0003-40402824, Fomicheva Yu. V. ORCID: 0000-0001-8950-8617, Fedotov P. A. ORCID: 0000-0002-7452-1971, Kozyreva A. A. ORCID: 0000-0003-0656-7967, Vakhru-
shev Yu. A. ORCID: 0000-0001-8911-1927, Latypov A. K. ORCID: 0000-00025459-6765, Morozov A. A. ORCID: 0000-0001-9350-8804, Kozyrev I. A. ORCID: 0000-0002-2533-5339, Pervunlna T. M. ORCID: 0000-0001-9948-7303, Vasichkina E. S. ORCID: 0000-0001-7336-4102, Kostareva A. A. ORCID: 00000002-9349-6257.
Received: 13.05.2019 Revision Received: 07.072019 Accepted: 15.072019
For citation: Kiselev A. M., Vershinina T. L., Tarnovskaya S. I., Yakovleva E. V., Butish L., Fomicheva Yu.V., Fedotov P. A., Kozyreva A. A., Vakhrushev Yu.A., Laty-pov A. K., Morozov A. A., Kozyrev I. A., Pervunina T. M., Vasichkina E. S., Kostareva A. A. Variants of RBM20 gene in pediatric patients with dilated cardiomyopathy. Russian Journal of Cardiology. 2019;24(10):92-98 doi:10.15829/1560-4071-2019-10-92-98
Дилатационная кардиомиопатия (ДКМП) является частой причиной развития синдрома рефрактерной сердечной недостаточности. Диагноз ДКМП определяет значительную часть случаев проведения трансплантации сердца в различных возрастных группах. Ранее считалось, что основной причиной ДКМП являются факторы внешней среды — инфекции, токсические воздействия, лекарственные интоксикации. Однако исследования последних лет показали, что основной вклад в развитие ДКМП вносят генетические детерминанты, которые обусловливают >50% случаев развития этого заболевания. Большое количество генов, ассоциированных с развитием данной патологии, и отсутствие технологий их одновременного секвенирования, долгое время не позволяло систематизировать и обобщить информацию о генетических причинах ДКМП.
Известно, что перечень генов, являющихся причинными при ДКМП, в значительной степени пересекается со списком генов, ассоциированных с другими типами кардиомиопатий, в том числе с гипертрофической (ГКМП), аритмогенной (АКМП) и ре-стриктивной (РКМП). Однако в отличие от ГКМП и АКМП, для ДКМП долгое время не удавалось выявить один или несколько наиболее частых причинных генов, обусловливающих развитие данной патологи, вследствие того, что частота каждого описанного в качестве причины ДКМП гена не превышала 3-5%.
Развитие технологий массового параллельного секвенирования позволило использовать подходы, основанные на целевом обогащении секвенируемых последовательностей. При помощи указанных технологий появилась возможность быстро и эффективно секвенировать кодирующие последовательности множества генов, представляющих клинический и научный интерес. С использованием технологии секвенирования экзома (кодирующие последовательности всех известных и предсказанных генов в геноме человека) были получены данные о экзомных и геномной последовательностях в больших когортах пациентов и условно-здоровых лиц. Данная инфор-
мация открыта в общедоступных базах данных, таких как ExAC, GnomAD, Kaviar. Частотный анализ редких генетических вариантов в данных когортах показал, что множество генетических вариантов, ранее описанных как патогенные, являются на самом деле редкими полиморфными вариантами, которые встречаются в популяции с частотой 1:1000-1:10000 и реже. Причинная роль таких вариантов в отношении развития кардиомиопатий в настоящее время не ясна и требует уточнения. Существующие неточные ассоциации между генетическим вариантом и заболеванием создают проблему для интерпретации вновь выявленных вариантов и указывают на необходимость повторной систематической переоценки вариантов, ранее классифицированных как патогенные. Для получения более точной информации целесообразно исследовать группы пациентов с дебютом заболевания в различных возрастных группах, в частности, прицельно исследовать спектр генетических причин ДКМП в группе пациентов детского возраста.
Данное исследование посвящено трем клиническим случаям ДКМП у пациентов детского возраста с вероятными причинными вариантами в гене, кодирующем фактор сплайсинга RBM20. Патогенные свойства вариантов гена RBM20 объясняются критической ролью сплайсинга в экспрессии различных изоформ белка титина, которые, в свою очередь, определяют эластические свойства мышечного волокна и миокарда. Патогенные варианты гена RBM20 определяют неправильное соотношение изо-форм титина в различных отделах миокарда, что приводит к нарушению реализации закона Франка-Стар-лигна, снижению сократительной функции и дилата-ции камер сердца. В недавних исследованиях было показано, что 14-30% случаев ДКМП с дебютом во взрослом возрасте обусловлено наличием патогенных вариантов в гене TTN, кодирующем белок титин. В то же время, при исследовании генетической природы ДКМП в детской возрастной группе причинные варианты в гене TTN встречаются крайне редко, и значительная часть случаев ассоциирована с мутациями в гене RBM20. Преобладание генетических
P38R
R381G
~ ч
100
200
300
400
500
E913K
г
~г
~г
"Г
600 700 800 900
Рис. 1. Доменная структура гена RBM20 с указанием вариантов P38R, R381G и E913K.
1000
1100
1200
вариантов в генах TTN и RBM20 среди пациентов с ДКМП в различных возрастных группах еще раз подчеркивает важность кодируемых ими белков в поддержании молекулярной структуры саркомера, обеспечении его эластических свойств и в адаптации кардиомиоцитов к стрессовым и токсическим воздействием.
Материал и методы
Исследование было выполнено в соответствии со стандартами надлежащей клинической практики (Good Clinical Practice) и принципами Хельсинской Декларации. Протокол исследования был одобрен Этическим комитетом НМИЦ им. В. А. Алмазова. До включения в исследование у всех участников или их законных представителей было получено письменное информированное согласие.
Выделение ДНК мононуклеаров периферической крови производилось при помощи набора FlexiGene (Qiagen, США). ДНК библиотеки готовили при помощи метода гибридизационного обогащения — Haloplex (Agilent, США), фрагментами интереса, соответствующими целевой панели, содержащей кодирующие последовательности 108 генов известных в качестве причинных, при кардиологических заболеваниях. Библиотеки были секвенированы при помощи прибора MiSeq (Illumina, США). Полученные данные обрабатывали при помощи программного обеспечения BWA-MEM [1], GATK 3.8 [2-4]. Полученные варианты были аннотированы при помощи программного обеспечения Annovar [5], SNPEff [6]. Фильтрация вариантов произведена при помощи программных пакетов, входящих в состав R studio.
Результаты
Клинический случай 1
Мальчик 15 лет был экстренно госпитализирован в отделение реанимации с явлениями кардиогенного шока и бивентрикулярной сердечной недостаточности, развившейся на фоне вирусной инфекции. Из анамнеза известно, что за 3 мес. до этого (после перенесенной острой респираторной вирусной инфекции) появились жалобы на утомляемость и снижение толерантности к нагрузкам. По данным эхокардиографии (ЭхоКГ) отмечалось минимальное снижение сократительной способности миокарда левого желудочка (ЛЖ) до 59%. В остальном по данным ЭхоКГ изменений не было. Семейный анамнез пациента отягощен: мать умерла через 2 мес. после родов по причине острой сердечной недостаточности (СН) (патолого-анатомическое заключение: ДКМП с гипертрофией миокарда), что могло быть связано с развитием перипартальной кардиомиопатии либо декомпенсацией первичной кардиомиопатии на фоне беременности.
При поступлении состояние было расценено как крайне тяжелое с потребностью в инотропной поддержке. По данным ЭхоКГ, выраженная дилатация всех камер с конечным размером левого желудочка (КДР ЛЖ) при расслаблении — 61 мм. Сократительная способность миокарда резко снижена: фракция выброса (ФВ) ЛЖ по Симпсону 19%. Недостаточность на митральном и трикуспидальном клапанах 2 степени. Повышение давления в легочной артерии (до 2/3 от системного).
В результате обследования, с учетом полученных данных, ребенку был диагностирован острый миокардит, возможно, на фоне первичной кардиомиопатии.
0
Ното_ Sapiense Tarsius.syrichta Fukomys_ damarensis Tupaia_ chinensis Heterocephalus-glaber Dipodomys_ ordii Me socrice tus_auratus Murinae
Еппасеи$-еигораеи$
Alligator
Chelonia.mydas
Ophiophagu5_ hannah
Scle ropages.formosus
Fundulus„heteroditus
Satmo_salar
S EAEG ESWY SEA EC E S S EA EC E S S EA EC E S S EAEGDS
SEA SEA SEP S E i
WY WY WY WY WY WY
С
M F:. С E M|F С E M E A E
CDEKEE EDTDE E
S El S El S El
С E S I GDS EGDNWY С E SWY Y
DDT
EC I
PTNME
PTNM E
P I' NM E PTNME
P ["NM E
P I" NM E
PTNM E
P T NM E
PTNM E
0NM E
NM E
PTNM E
К NM E
К NM F
К NM L
DEVG E E DEVG E E
D E V G I DE VG E DEVG ED
DF I V F P DF I МЕР . D F I M E P DF I МЕР D F I МЕР DF I M E P DF I МЕР DF IM ЕР DF I МЕР ill M E P
D I P E L E E D I P E L E E D I P E L EE
Conservation щ
4936495 65
Рис. 2. Вариант E913K является консервативным у видов с известным сиквенсом.
■
- 3 4 7 8
I
7 9
Несмотря на проводимую поликомпонентную терапию, наблюдалось дальнейшее прогрессирова-ние заболевания с нарастанием явлений сердечной недостаточности, в связи с чем было принято решение об имплантации искусственного ЛЖ (ЬУЛВ) в качестве "моста" к восстановлению или трансплантации сердца. При помощи высокопроизводительной целевой панели у пациента была идентифицирована мутация в гене КВМ20. Ранее она была описана у пациента с ДКМП (ЯВМ20 СИгЮ: 112581114, ^397516607, КМ_001134363.2: С.02737Л: р.01и9131^) [7], в связи с чем по классификации ЛСМО выявленный генетический вариант был определен как патогенный. Область, в которой находится найденный вариант 01и913Ьу$, является высококонсервативной среди ортологов, что указывает на функциональную значимость данного участка (рис. 1). Вариант расположен в экзоне 11 гена КВМ20 и приводит к изменению аминокислоты от отрицательно заряженного глутамата к положительно заряженному лизину (рис. 2).
При наблюдении за ребенком в течение года отмечалось купирование явлений миокардита, но полноценного восстановления сократительной способности миокарда не произошло. С учетом клинической картины заболевания, семейного анамнеза и данных генетического исследования, пациенту произведена трансплантация сердца.
Клинический случай 2
Пациентка 3 лет впервые поступила с жалобами на одышку при физических нагрузках, плохие весовые прибавки. Из анамнеза известно, что в возрасте 1,5 мес. впервые выявлена дилатация ЛЖ и снижение сократительной способности ЛЖ с быстрым прогрес-сированием заболевания. В возрасте 3 мес. — резкое снижение ФВ ЛЖ до 30% с нарастанием КДР ЛЖ. Семейный анамнез отягощен: старшая сестра умерла в возрасте 1,5 лет от декомпенсации СН на фоне ДКМП. Старший брат и родители — здоровы.
При поступлении по лабораторным данным — острофазовые маркеры воспаления и маркеры повреждения миокарда в пределах нормы. По данным ЭхоКГ — дилатация левых камер сердца, КДР ЛЖ при расслаблении — 38,2 мм, конечный размер желудочка при сокращении (КСР) — 32,9 мм, конечный диасто-лический объем (КДО) — 62,7 мл, снижение ФВ ЛЖ до 31% по Симпсону. Сократительная способность миокарда правого желудочка (ПЖ) сохранена (ЪЛБУ 16 см/с). В ходе исследования исключены врожденные пороки сердца, аномалия коронарных артерий, мито-хондриальные болезни и болезни накопления. При помощи высокопроизводительного секвенирования у пациентки идентифицирован вариант в гене КВМ20 (СИг10: 112541508, КМ_001134363.2:Л11410:. Л^38Ш1у). Позиция Л^38Ш1у находится рядом с доменом типа "цинковый палец" белка ЯВМ20
Tarsius„syrieht¿ Fukomys_ dama rensis Tupaia_ch¡nensis Hete rocepha lus ^ glaber Dipodomys_ ordii Mesocricetüs.auratus M un пае
Etina ce us_ europa e us Alligator Cheionià_mydâs Ophiophagus-hannah Scie rüpäge s_ formasus F undufus. heteroclitus Salmo-Salar
F С С
FC G
FC A
К С С
F G A
FC С
FC V
FC S
FC G
P F5
P F H
F F S
FC S
SCA
.NH S KQ
AR KR Li!
NHS KQGF
cUscc
GCP
CCS С ft R|t S SA RQRï
SSS RMRQO
S S S RMRQH
KQNYSNS QTRQK
ClVCV QP
К E DQA L L
К E EQGM L
К E DQ AM L
К E E P AM L
К E E К АМК
К E EQ A L L
К E EQ A L L
К E CQA V L
К E EQ VM L
Q
GS V Q VCY H KQ
____5VRP LQ
----SVRPLQ
----S L R P LQ
----SVRPLQ
. .. С L R P LQ P AVC PLQ
____S L RP LQ
----S VR P LQ
----SVRPLQ
Г DP VANA SN L E E LT ANT SOL
QEPVT--SGL С Е DAV P
PVR ST R
su
S I (
Q LQ
PVR P LQ GVP VpH
L HGGQES LQCCEEI
PS---CT RT
ST. CCS VQ
LQ LQ
AHE L N AHELM AQ Г L N AQ E L. N P R E I D AQ E L \ AMELN С HQ L N AHE LN P H E L N P H E L N S H F I N P H Q L \ A HQ V S P 11 q| L N
Conservation
L
I Ь U
0 5 2 010 13 5 4 7 7 5 7 0 05301042350
Рис. 3. Вариант R381G является консервативным среди млекопитающих.
ы
--- 5 4 3 5
ьеа а 7
и может изменять вторичную структуру этого домена, влияя на возможность связывания RBM20 c другими белками и их комплексами. Область, в которой находится данный вариант, является консервативным среди млекопитающих (рис. 3). Ранее данный вариант не был описан в связи с развитием кардиомиопатии и классифицирован как вариант неопределенной значимости (ACMG).
Пациентке была назначена поликомпонентная терапия хронической сердечной недостаточности (ХСН). В настоящее время имеет место относительная стабилизация состояния на фоне приема терапии (диуретики, ингибиторы АПФ, дигоксин, р-блока-торы), сохраняется дилатация ЛЖ без нарастания в динамике, сократительная способность миокарда ЛЖ 35-40%, недостаточность митрального клапана 2-3 степени. На фоне интеркуррентных инфекционных заболеваний отмечается временная дестабилизация состояния с необходимостью усиления терапии за счет мочегонных средств.
Клинический случай 3
Пациентка в возрасте 10 лет поступила в клинику в связи с ДКМП для уточнения диагноза и коррекции терапии. При поступлении предъявляла жалобы на выраженную слабость, плохую переносимость физических нагрузок, одышку при незначительных физических нагрузках. Из анамнеза болезни известно, что за 6 мес. до госпитализации впервые появились жалобы на утомляемость, снижение толерантности к нагрузкам, четкой связи с перенесенной инфекцией не отмечала. Через несколько мес. после появления вышеперечисленных жалоб на фоне острой кишечной
инфекции и лабиального герпеса отмечалось внезапное ухудшение состояния с явлениями кардиогенного шока и развитием угрожающих жизни нарушений ритма сердца (полиморфная желудочковая тахикардия, полиморфная частая желудочковая экстрасисто-лия, в том числе сверхранняя). В отделении реанимации по месту жительства получала поликомпонентную терапию сердечной недостаточности, включая ино-тропную поддержку, проводился подбор антиаритмической терапии, дважды в связи с развитием гемодина-мически значимой полиморфной желудочковой тахикардии (ЖТ) проводилась электроимпульсная терапия. Диагноз трактовался как кардиомиопатия неуточнен-ная (воспалительная? первичная?) с осложнениями в виде полиморфной ЖТ и СН 3 стадии III функционального класса. Семейный анамнез не отягощен.
В ходе госпитализации были исключены врожденные пороки сердца, аномалия коронарных артерий, митохондриальные болезни и болезни накопления. По данным магнитно-резонансной томографии сердца выявлены признаки миокардита с резко сниженной сократительной способностью миокарда ЛЖ до 16%. Несмотря на комбинированную терапию ХСН, терапию иммуноглобулинами, антиаритмическую терапию, состояние пациентки прогредиентно ухудшалось, нарастали явления бивентрикулярной СН, прогрессировала представленность желудочковых нарушений ритма. Летальный исход наступил на фоне полиморфной ЖТ, фибрилляции желудочков с асистолией.
По данным патолого-анатомического заключения морфологические признаки первичной кардиомио-патии в сочетании с явлениями хронического активного лимфоцитарного миокардита.
Homo_Sapien$e Tarsiu5_$yrichta Me socrice r а ига r us Mori пае
Erina се u$_ e uropa eu$
DRVAC SVPG DRDAC SVPC DR DAC V A P G
29
I _L_
ARASP AP AQAAPAP
VQGAP ATQ
39
s||P]R|MQ
CP RCMQ G
DRDACVMPCVQCP SVP DRDAR SAPGAPAP PAP
Q RCMQ
IbblMQ
IP R С iJ P
I
QP P PP
Ilp P PP
P L P P P P L P P P
49
I
PQP P P P _
_ _ P P I5 --PPP ---P P
P Q A PPA PQA PQA PQA
59
J1
LPQ
lp[r
LPQ LPQ LPQ
Conservation
■ ■ №■
5 567 8 5 67875 76
700222 ---2 7 7 0
Рис. 4. Вариант P38R является консервативным у некоторых видов.
Генетическое исследование выявило ранее не описанный вариант в гене RBM20 (10:112404325 С>0 КВМ20:КМ_001134363:ехоп1:с.С113а:р.Р38К), который в соответствии с классификацией АСМО в настоящее время трактуется как вариант неопределенной значимости, но с учетом клинической картины может быть ассоциирован с развитием заболевания (рис. 4).
Обсуждение
В данной работе нами описаны три случая развития ДКМП в детском возрасте, ассоциированные со структурными нарушениями в гене RBM20. Транскрипционный фактор сплайсинга ЯВМ20 является РНК-связывающим белком, содержащим два домена типа "цинковые пальцы" и один РНК-связывающим домен [8, 9]. В геноме человека ген, кодирующий этот белок, располагается на 10 хромосоме и состоит из 14 экзонов, в его состав входит 1227 аминокислот [10]. Основной функцией ЯВМ20 является сплайсинг мРНК некоторых структурных и сигнальных белков саркомера с включением в них структурных модификаций, необходимых для эффективного функционирования в составе саркомера [8, 11-13].
В 200 9г RBM20 был впервые описан в качестве гена, связанного с развитием ДКМП [8, 11, 14-18]. Позже было показано, что патогенные варианты этого гена связаны с развитием 2-3% случаев ДКМП во всех возрастных группах [14, 15]. Однако в детской группе в качестве причины ДКМП варианты этого гена встречаются в два раза чаще, чем среди взрослых пациентов с ДКМП [19, 20]. Известно, что RBM20 участвует в сплайсинге мРНК гена TTN, кодирующего белок титин [21]. Недавние исследования показали, что мишенью RBM20 может являться не только ген TTN. Так, в миокарде RBM20 регулирует альтернативный сплайсинг генов, ассоциированных со сборкой саркомера, диастолической функцией и переносом ионов, таких как CAMKI2B, CACNA1C, FHOD3, PDLIM3, RTN4 и RYR2 2 [13, 22]. Нарушенный сплайсинг CAMKI2B и CACNA1C может влиять на внутриклеточный гомеостаз ионов кальция
и повышать риск внезапной смерти у пациентов с мутациями RBM20 [11].
Нарушение сплайсинга, связанное с патогенными вариантами в гене RBM20, может приводить к изменению биомеханических и сигнальных процессов в клетках миокарда, вызывая патологическое дилата-ционное ремоделирование и нарушения ритма [13, 22]. Несмотря на то, что механизм RBM20-опосредо-ванного сплайсинга остается неизученным, лучше всего описаны постранскрипционные изменения, связанные с RBM20, которые происходят с мРНК гена, кодирующего белок титин [12, 22].
У человека ген, кодирующий белок титин, содержит 364 экзона и располагается на 2 хромосоме. Большую часть этого белка занимают повторяющиеся иммуноглобулиновые и фибронектин-3 повторы, а оставшуюся часть занимают регионы ШВ или ШЛ и РБУК, а также С-концевой домен [21, 23-25]. ^ и РБУК регионы претерпевают интенсивный альтернативный сплайсинг, опосредованный RBM20. В тканях миокарда человека и грызунов существует две основные изоформы титина — ШВ (3000 кДа) и ШВА (размером >3200 кДа), а в скелетной мускулатуре экспрессируется только изоформа №А [26]. Эти изоформы экспрессируются в различном соотношении в зависимости от отдела сердца, типа адаптивного или патологического ремоделирования или стадии развития заболевания [27]. Также существует эмбриональная изоформа титина ШВА, размер которой превышает кардиологическую [28-30] и скелетную [31]. Регуляция уровня растяжимости сарко-мера осуществляется благодаря экспрессии различных по эластичности изоформ титина. Соотношение экспрессии различных изоформ титина в результате альтернативного сплайсинга играет большое значение в адаптации миокарда к стрессовым воздействиям, объемным перегрузкам и перегрузкам давлением. Нарушение данного соотношения может приводить к ряду патологических процессов в миокарде, включая ДКМП. Известно, что у крыс с нокаутированным геном RBM20 в скелетных мышцах и мио-
карде экспрессируется изоформа N2BA-G и наблюдается развитие ДКМП [21]. Эти данные говорят о том, что RBM20 играет ключевую роль в процессе сплайсинга титина, что определят свойства растяжимости миокарда и делает возможным выполнение закона Франка-Старлинга.
Особенностью всех описанных выше клинических случаев ДКМП является связь прогрессирова-ния заболевания с перенесенным инфекционным процессом, вероятнее, вирусной этиологии. Ассоциация между прогрессированием ХСН на фоне ДКМП и инфекцией неоднократно продемонстрирована во многих исследованиях, но молекулярные механизмы патогенеза данного феномена остаются недостаточно исследованными. С учетом большой частоты укорачивающих форм TTN в качестве причины ДКМП у пациентов взрослого возраста и патогенных вариантов в гене RBM20 у детей, возможно, именно присоединение инфекционного процесса на фоне изначально не интактного миокарда с нарушенным соотношением изоформ TTN и, соответственно, сниженными адаптационными способностями мио-
Литература/References
1. Li H, Durbin R. Fast and accurate short read alignment with Burrows-Wheeler transform. Bioinformatics. 2009 Jul 15;25(14):1754-60. doi:10.1093/bioinformatics/btp324.
2. De Pristo MA, Banks E, Poplin R, et al. A framework for variation discovery and genotyping using next-generation DNA sequencing data. Nat Genet. 2011 May;43(5):491-8. doi:101l038/ng.806.
3. McKenna A, Hanna M, Banks E, et al. The Genome Analysis Toolkit: a MapReduce framework for analyzing next-generation DNA sequencing data. Genome Res. 2010 Sep;20(9):1297-303. doi:10.1101/gr.107524.110.
4. Van der Auwera GA, Carneiro MO, Hartl C, et al. From FastQ data to high confidence variant calls: the Genome Analysis Toolkit best practices pipeline. Curr Protoc Bioinformatics. 2013;43:111011-33. doi:101002/0471250953.bi1110s43.
5. Wang K, Li M, Hakonarson H. ANNOVAR: functional annotation of genetic variants from high-throughput sequencing data. Nucleic Acids Res. 2010 Sep;38(16):e164. doi:101093/nar/gkq603.
6. Cingolani P, Platts A, Wang le L, et al. A program for annotating and predicting the effects of single nucleotide polymorphisms, SnpEff: SNPs in the genome of Drosophila melanogaster strain w1118; iso-2; iso-3. Fly (Austin). 2012 Apr-Jun;6(2):80-92. doi:10.4161/fly19695.
7. Gando I, Morganstein J, Jana K, et al. Infant sudden death: Mutations responsible for impaired Nav1.5 channel trafficking and function. Pacing Clin Electrophysiol. 2017 Jun;40(6):703-12. doi:101H11/pace1l3087.
8. Watanabe T, Kimura A, Kuroyanagi H. Alternative Splicing Regulator RBM20 and Cardiomyopathy. Front Mol Biosci. 2018 Nov 28;5:105. doi:10.3389/fmolb.2018.00105.
9. Zerbino DR, Achuthan P, Akanni W, et al. Ensembl 2018. Nucleic Acids Res. 2018 Jan 4;46(D1):D754-D761. doi:101093/nar/gkx1098.
10. Coelho MB, Attig J, Ule J, Smith CWJ. Matrin3: connecting gene expression with the nuclear matrix. Wiley Interdiscip Rev RNA. 2016 May;7(3):303-15. doi:10/l002/wrna1l336.
11. Beqqali A. Alternative splicing in cardiomyopathy. Biophys Rev. 2018 Aug;10(4):1061-71. doi:101007/s12551-018-0439-y.
12. Li S, Guo W, Dewey CN, Greaser ML. Rbm20 regulates titin alternative splicing as a splicing repressor. Nucleic Acids Res. 2013 Feb 1;41(4):2659-72. doi:101093/nar/gks1362.
13. Maatz H, Jens M, Liss M, et al. RNA-binding protein RBM20 represses splicing to orchestrate cardiac pre-mRNA processing. J Clin Invest. 2014 Aug;124(8):3419-30. doi:101172/JCI74523.
14. Brauch KM, Karst ML, Herron KJ, et al. Mutations in ribonucleic acid binding protein gene cause familial dilated cardiomyopathy. J Am Coll Cardiol. 2009 Sep 1;54(10):930-41. doi:101016/j.jacc.2009.05.038.
15. Li D, Morales A, Gonzalez-Quintana J, et al. Identification of novel mutations in RBM20 in patients with dilated cardiomyopathy. Clin Transl Sci. 2010 Jun;3(3):90-7. doi:101111/ j1752-8062.2010.00198.x.
16. Refaat MM, Lubitz SA, Makino S, et al. Genetic variation in the alternative splicing regulator RBM20 is associated with dilated cardiomyopathy. Heart Rhythm. 2012 Mar;9(3):390-6. doi:101016/j.hrthm.201110.016.
17. Rexiati M, Sun M, Guo W. Muscle-Specific Mis-Splicing and Heart Disease Exemplified by RBM20. Genes (Basel). 2018 Jan 5;9(1). pii: E18. doi:10.3390/genes9010018.
карда, является одним из ключевых факторов дебюта и прогрессирования ДКМП. Можно предполагать, что сходный механизм лежит и в основе развития послеродовой кардиомиопатии, что подтверждается рядом опубликованных к настоящему времени наблюдений [32-34]. Дальнейшее исследование молекулярных механизмов патогенеза ДКМП, ассоциированных с патогенными вариантами в генах ТТЫ и КЕЫ20, является крайне актуальным как для клинической кардиологии, так и для фундаментальной медицины, поскольку откроет потенциальные возможности персонифицированного подхода к терапии, и, главное, профилактике раннего дебюта и тяжелого течения генетически обусловленных форм ДКМП в различных возрастных группах.
Финансирование: Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (РНФ) грант № 18-75-00006
Конфликт интересов: все авторы заявляют об отсутствии потенциального конфликта интересов, требующего раскрытия в данной статье.
18. Zahr HC, Jaalouk DE. Exploring the Crosstalk Between LMNA and Splicing Machinery Gene Mutations in Dilated Cardiomyopathy. Front Genet. 2018 Jul 9;9:231. doi:10.3389/ fgene.2018.00231.
21. Kayvanpour E, Sedaghat-Hamedani F, Amr A, et al. Genotype-phenotype associations in dilated cardiomyopathy: meta-analysis on more than 8000 individuals. Clin Res Cardiol.
2017 Feb;106(2):127-39. doi:101007/s00392-016-1033-6.
22. Pugh TJ, Kelly MA, Gowrisankar S, et al. The landscape of genetic variation in dilated cardiomyopathy as surveyed by clinical DNA sequencing. Genet. Med. Off. J. Am. Coll. Med. Genet. 2014;16(8):601-8.
23. Guo W, Bharmal SJ, Esbona K, Greaser ML. Titin diversity-alternative splicing gone wild. J Biomed Biotechnol. 2010;2010:753675. doi:10.1155/2010/753675.
24. Guo W, Schafer S, Greaser ML, et al. RBM20, a gene for hereditary cardiomyopathy, regulates titin splicing. Nat Med. 2012 May;18(5):766-73. doi:10.1038/nm.2693.
26. Kontrogianni-Konstantopoulos A, Ackermann MA, Bowman AL, Yap SV, Bloch RJ. Muscle giants: molecular scaffolds in sarcomerogenesis. Physiol Rev. 20090ct;89(4):1217-67. doi:10.1152/physrev.00017.2009.
27. Puchner EM, Alexandrovich A, Kho AL, et al. Mechanoenzymatics of titin kinase. Proc Natl Acad Sci U S A. 2008 Sep 9;105(36):13385-90. doi:10.1073/pnas.0805034105.
28. Tskhovrebova L, Trinick J. Properties of titin immunoglobulin and fibronectin-3 domains. J Biol Chem. 2004 Nov 5;279(45):46351-4. doi:10.1074/jbc.R400023200.
29. Freiburg A, Trombitas K, Hell W, et al. Series of exon-skipping events in the elastic spring region of titin as the structural basis for myofibrillar elastic diversity. Circ Res. 2000 Jun 9;86(11):1114-21. doi:10.1161/01.RES.86.11.1114.
30. Linke WA, Krüger M. The giant protein titin as an integrator of myocyte signaling pathways. Physiology (Bethesda). 2010 Jun;25(3):186-98. doi:101152/physiol.00005.2010.
31. Lahmers S, Wu Y, Call DR, et al. Developmental control of titin isoform expression and passive stiffness in fetal and neonatal myocardium. Circ Res. 2004 Mar 5;94(4):505-13. doi:101161/01.RES.0000115522.52554.86.
32. Makarenko I, Opitz CA, Leake MC, et al. Passive stiffness changes caused by upregulation of compliant titin isoforms in human dilated cardiomyopathy hearts. Circ Res. 2004 Oct 1;95(7):708-16. doi:10.1161/01.RES.0000143901.37063.2f.
33. Warren CM, Krzesinski PR, Campbell KS, et al. Titin isoform changes in rat myocardium during development. Mech Dev. 2004 Nov;121(11):1301-12. doi:101016/j.mod.2004.07.003.
34. Ottenheijm CA, Hidalgo C, Rost K, et al. Altered contractility of skeletal muscle in mice deficient in titin's M-band region. J Mol Biol. 2009 Oct 16;393(1):10-26. doi:10.1016/j. jmb.2009.08.009.
35. Gammill HS, Chettier R, Brewer A, et al. Cardiomyopathy and Preeclampsia. Circulation.
2018 Nov 20;138(21):2359-66. doi:10.1161/CIRCULATI0NAHA.117.031527.
36. Ware JS, Li J, Mazaika E, et al. Shared Genetic Predisposition in Peripartum and Dilated Cardiomyopathies. N Engl J Med. 2016 Jun 30;374(26):2601. doi:10.1056/NEJMc1602671.
37. van Spaendonck-Zwarts KY, Posafalvi A, van den Berg MP, et al. Titin gene mutations are common in families with both peripartum cardiomyopathy and dilated cardiomyopathy. Eur Heart J. 2014 Aug 21;35(32):2165-73. doi:10.1093/eurheartj/ehu050.
