SOD1 мутации при семейной и спорадической формах БДН
В настоящее время обнаружено 108 экзоных мутаций и 21 интроная мутация в гене SOD1, ассоциированными с БДН ( Andersen P.M. et al, 2003 ) и установлено, что мутации данного гена связаны с развитием 14- 25% случаев семейной формы БДН и 5-7% спорадической формы БДН ( Андерсен П.М., 2001 ) .
Мутации ( табл ) могут по-разному влиять на функцию SOD1. Например, делеция двух пар оснований в кодоне 126 TTG?**G приводит к образованию стоп-кодона и укорочению фермента за счет электростатической петли в области контакта димеров фермента. Замена IVS V-10T>G нарушает сплайсинг пре-мРНК, не нарушая при этом рамку считывания и приводит к удлинению полипептидной цепи на 3 аминокислотных остатка. Миссенс мутации D125H и D125K приводят к нарушению электростатической функции ионного канала, изменяя заряд его стенки с положительного на отрицательный, что может нарушать доставку супероксид-аниона к активному центру фермента.. Также к нарушению связывания иона меди могут приводить мутации остатков Н46, Н48 ( The ALS/FALS Datаbase Website , http://www.alsod.org/). К мутациям, нарушающим структуру белка SOD1, относятся замены L84, Н48 и S134. Опорная левовращающая конформация белка стабилизируется только глициновыми остатками и может нарушаться при заменах G37, G41, G85 и G93 (по последнему положению известно шесть различных мутаций). Замены V17, I112, I113, R115 и V148 приводят к нарушению взаимодействия между двумя субъединицами фермента. Нарушение вторичной структуры субъединицы следует ожидать при заменах V14, L38, D101 и I104 и др. (Radunovic A, Leigh PN, 1996, Deng H-X et al, 1993).
Аминокислотные последовательности 19 известных супероксиддисмутаз человека и животных характеризуются высокой степенью гомологии. Имеется 21 эволюционно-консервативный аминокислотный остаток, поддерживающий стабильность вторичной структуры субъединицы, активного центра, включая петли электростатического канала и связь между субъединицами. Пять из них G16, H46, H48, L106, C146 подвержены заменам при семейной БДН ( Radunovic A, Leigh PN, 1996 , Deng H-X et al, 1993 ).
Отмечено, что у больных семейным БДН с мутациями SOD1 наблюдается такая же фенотипическая вариабельность по формам дебюту болезни, скорости прогрессирования и длительности заболевания, как и у больных семейным или же спорадическим БДН без мутаций SOD1. Например, был описан семейный случай заболевания, где мутация D76Y сопровождалась развитием прогрессирующего бульбарного паралича - родственной формы БДН с длительностью заболевания около 2 лет у деда, и поясничным дебютом БДН у внука с длительностью более 15 лет Andersen PM, et al, 1997 . У пациентов с мутациями G37R, H46R, I112T, I113T наблюдается примерно одинаковый возраст начала заболевания, а с мутацией N86S может колебаться с разницей до 15 лет ( Radunovic A, Leigh PN, 1996 , Maeda T et al, 1997 ). Существует несколько мутаций, для которых характерен совершенно определенный клинический фенотип. Самые распространенные среди них - A4V и D90A. A4V, выявлена примерно в половине семейных случаев БДН, ассоциированных с мутациями SOD1, в Северной Америке ( Cudkowicz ME et al, 1997 ). Эта мутация характеризуется злокачественным, быстропрогрессирующим течением, продолжительностью жизни больных редко больше 2 лет. У пациентов с этой мутацией страдают только периферические мотонейроны, поэтому их клиническая картина однородна. A4V ассоциирована с практически полной пенетрантностью. Поэтому известно очень немного взрослых здоровых её носителей. Отмечено, что все они женщины, имеющие больных БДН детей, что указывает на определённую роль фактора пола при этой семейной форме заболевания ( Cudkowicz ME et al, 1997 , Andersen PM, 1997 ). Все случаи БДН, связанные с мутациями в гене SOD1, наследуются по доминантному типу - за исключением мутации D90A, связанной с заменой аспарагиновой кислоты на аланин. При этой мутации заболевание может наследоваться как по аутосомно- доминантному, так и по аутосомно-рецессивному типу. Интересно отметить, что для всех пациентов, гомозиготных по аутосомно- рецессивно наследуемой D90A мутации, характерен однородный фенотип. В периоде до развития пареза, длящемся от нескольких месяцев до нескольких лет, пациенты жалуются на жгучие боли в пояснице, ощущение скованности, шаткости при ходьбе, болезненные ощущения при сокращении мышц. Затем развивается медленно прогрессирующий БДН с поясничным дебютом с сочетанием признаков поражения периферического и центрального мотонейронов с постепенным распространением на мышцы верхних конечностей, а затем - в среднем через 5 лет - на бульбарную мускулатуру. Средняя продолжительность жизни больных БДН, гомозиготных по D90A от начала паретической фазы составляет более 11 лет Andersen PM et al, 1996 , Andersen PM et al, 1997 . Удивительно, что средний возраст начала болезни не отличается от такового при агрессивной мутации A4V 44 и 46 лет соответственно. На основании этого можно предположить, что факторы, определяющие возраст начала заболевания и его длительность действуют независимо ( Andersen PM et al, 1996 , Andersen PM, 1997 ).
В Северной Швеции и Финляндии мутация D90A наследуется только по аутосомно-рецессивному типу. Частота аллеля в скандинавской популяции составляет 0,025 ( Andersen PM et al, 1996 ). Редкие случаи гомозиготных по мутации D90A пациентов с клинической картиной, типичной для D90A пациентов из Скандинавии, были выявлены во Франции, Италии, Германии, Северной Америке. Детальный анализ родословных этих больных показал, что в большинстве случаев они имеют скандинавское происхождение. С аутосомно-доминантным типом наследования БДН у носителей мутации D90A связаны несколько семейных случаев БДН, которые описаны во Франции, Бельгии и Великобритании у пациентов, не имеющих скандинавских корней. Доминантный D90A фенотип сходен с таковым при других мутациях гена SOD1. Для него характерно более агрессивное течение заболевания, большая скорость прогрессирования и значительные внутри и межсемейные вариации клинических проявлений. Напротив, рецессивный фенотип является атипичным, гомогенным и <мягким> ( Андерсен П.М., 2001 , Robberecht W et al, 1996 ). В связи с этим, было сделано предположение, что в семьях с рецессивным типом наследования мутация D90A прочно сцеплена с протективным фактором, который снижает пенетрантность мутантного аллеля ( Andersen PM et al, 1996 ).
Если эта гипотеза верна, то все рецессивные семьи должны иметь общего основателя. Для ее проверки было проведено исследованиие ассоциированных с мутацией D90A гаплотипов гена SOD1 в 28 семьях с БДН с аутосомно- доминантным и аутосомно- рецессивным типами наследования данной мутации. Для анализа гаплотипа было использовано шесть полиморфных тесно сцепленных с геном SOD1 маркеров: D21S263, D21S223, D21S63, D21S261, D21S262, D21S265, первые пять из которых лежат в пределах 1Мб от гена SOD( рис 13 ). Все маркеры являются микросателлитами с СА повторами, число аллелей колеблется от 5 до 10. В результате анализа было показано, что в семьях с аутосомно- рецессивным наследованием болезни при мутации D90A наблюдается один и тот же гаплотип гена SOD1, получивший название <скандинавский>. Для него характерен определенный набор аллельных вариантов полиморфных маркеров: D21S263, D21S223, D21S63, D21S261, D21S262 - 1-3-10-2-4. Маркер D21S265 оказался наиболее вариабельным, и, вместе с тем, наименее информативным. Он дальше других маркеров находится от гена SOD1 и удален от них более чем на 5 Мб ( A l-Chalabi A et al, 1998)
Таким образом, было показано, что все рецессивные семьи имеют общего основателя, и в семьях сохраняется закономерность наследования. Это подтверждает гипотезу о том, что фактор, модифицирующий заболевание передается вместе со <скандинавским гаплотипом>, приводящим к развитию рецессивного БДН. Этот гаплотип предположительно возник около 1000 лет назад ~ 43 поколения в области границы между Швецией и Финляндией, в долине реки Торн. Природа модифицирующего фактора в настоящее время продолжает изучаться. В семьях с доминантно наследуемой БДН с мутацией D90A <скандинавского гаплотипа> не наблюдалось. В этих случаях данная мутация была ассоциирована с различными гаплотипами гена SOD1. Это может означать, что гетерозиготные по D90A пациенты не унаследовали модифицирующего гена, следовательно, более восприимчивы к цитотоксическим эффектам мутантного белка SOD1 ( Al-Chalabi A et al, 1998 , Andersen PM et al, 1997 ).
