A step forward on the path towards understanding osteoporosis  Clinical Genetics Volume 80, Issue 2, pages 136–137, August 2011 | |
|
Mutations in NOTCH2 cause Hajdu-Cheney syndrome, a disorder of severe and progressive bone loss Simpson et al. (2011) Nature Genetics 43 (4): 303–305
|
Остеопороз широко распространенное метаболическое заболевание костей. Одна из трех женщин и один из пяти мужчин после 50 страдают от остеопороза (1). Остеопороз недостаточно ясен в молекулярно генетическом смысле. Многочисленные попытки открыть генетические варианты, которые бы вносили вклад в риск остеопороза оказались довольно безуспешными; Genome Wide Association Studies (GWAS) исследования ограничились открытием вариантов с размером эффектов, слишком маленьким, чтобы побудить к крупным исследованиям (2, 3). Чтобы раскрыть патогенные механизмы, ответственные за остеопороз, Simpson et al. нацелились на моногенное заболевание, Hajdu-Cheney syndrome (HCS) - нарушение, обнаруживающее существенное фенотипическое перекрывание с остеопорозом - в попытке лучше понять пути, участвующие в развитии остеопорозных переломов и тем самым открыть потенциальные терапевтические мишени для лечения HCS и остеопороза.
HCS редкое заболевание, которое впервые было описано в 1948 (4). HCS нарушает метаболизм костей. Клинические проявления включают короткие, похожие на обрубки пальцы и аномальной формы череп, преждевременная потеря зубов и пропорциональный низкий рост (5). Для постановки диагноза HCS, используют биохимические, радиологические и клинические исследования. Лишь примерно 50 случаев HCS было описано, многие из которых были идентифицированы как спорадические (6). Паттерны семейного наследования предполагают аутосомно доминантное наследование HCS, но недостаточно крупных семей с множественными затронутыми членами не позволили открыть специфические генетические варианты. Pilot project - three subjects Чтобы попытаться открыть болезненный аллель для HCS, Simpson et al. предприняли секвенирование всего экзома (exome) у трех не родственных индивидов европейцев - два спорадических случая и один случай с историей болезни в нескольких поколениях (Fig. 3a). Профили вариантов затем были сгенерированы, используя ранее установленную модель для редкого аутосомно доминантного заболевания; модель необходима, чтобы, по крайней мере, одну новую мутацию, соответствующую определенному набору критериев, наблюдать у всех рех индивидов. Идентифицирован единственный ген кандидат, удовлетворяющий этим критерием, стал NOTCH2. Все три варианта у всех трех индивидов были гетерозиготны и располагались в экзоне 34 - терминальном экзоне белка NOTCH2 - и все варианты предсказывали преждевременное окончание белкового продукта, возможно обладающего функциональным воздействием и ассоциированного с HCS фенотипом. Чтобы подтвердить это предположение, экзон 34 от пробанда и всех доступных родственников был секвенирован. Как и ожидалось, варианты ассоциировали с двумя спорадическими случаями HCS были идентифицированы в качестве de novo; соотв. варианты не были найдены у неповрежденных членов семей, тогда как вариант, присутствующий у индивида с семейной историей HCS присутствовал также у др. затронутых членов семьи (Fig. 3c). 
Figure 3. (a) Whole-exome sequencing was performed on three unrelated European individuals - two sporadic cases and one case with a multigenerational history of HCS. Variants NOTCH2. (b) Structure of the NOTCH2 protein transcript. The PEST domain is located at the C terminus of the protein at exome 34. (c) To confirm that the NOTCH2 variants identified were indeed pathogenic, subject's family members were sequenced. Validation Simpson et al. затем тестировали гипотезу, что дополнительные случаи также должны нести варианты NOTCH2. Экзом 34 этого гена был секвенирован у 12 дополнительных неродственных индивидов. Гетерозиготные варианты наблюдали у 11 из них. Как и в пилотном исследовании спорадические и наследуемые случаи были подтверждены. Экзон 34 был секвенирован у 300 этнически подобранных контролей и ни один из вариантов, присутствующих в затронутой выборке, не был обнаружен. Исследователи затем обратились к одиночному субъекту, для которого не было найдено вариантов и все оставшиеся кодирующие экзоны и ассоциированые сплайс-сайты NOTCH2 были секвенированы. Этот субъект был также протестирован в отношении числа аномальных копий из или внутри NOTCH2; оба эти метода не предоставили доказательств генетических отклонений в этом гене для этого индивида. Исследователи полагают, что этот индивид может представлять собой атипичный случай HCS - не имеющий acroosteolysis к 7 летнему возрасту - и поэтому может рассматриваться как фенокопия или может обладать некодирующим или невыявленным вариантом NOTCH2. В целом 15 из 50 известных случаев, исследованных в этой работе и варианты NOTCH2 были выявлены примерно у 93%.
Functional association -NOTCH2 NOTCH2 кодирует единожды пронизывающий трансмембранный рецептор. который повсеместно экспрессируется в эмбриональной ткани человека и как было показано, играет роль в развитии, включая формирование костей (7). Notch белки - особенно их PEST домены - как полагают, ответственны за сигнал само-деградации белка. PEST располагается на C конце белка, соответствующему расположению экзома 34 (Fig. 3b). Варианты, наблюдаемые у HCS пациентов, здесь должны обладать повышенной активностью Notch мутантов, т.к. они д. быть лишены домена PEST и , следовательно, сигнала само-деградации белка Notch (8). NOTCH2, как было установлено, модулирует RANKL-индуцированный остеокластогенез, указывая тем самым на участие его в метаболизме кости посредством этого пути, и частично в патогенезе
HCS (9). Summary Simpson et al. have shown compelling evidence that NOTCH2 and its associated pathways are involved in HCS and as a result potentially osteoporosis. This discovery highlights the NOTCH2 pathway as a potential therapeutic target for treatment of osteoporosis and may be one of many findings that pave the way toward uncovering the pathogenesis of osteoporosis, thereby implying a potential benefit for a large population, specifically elderly women.
|