The hereditary sensory and autonomic neuropathies (HSANs), которые также обозначаются как наследственные сенсорные нейропатии в отсутствии существенных автономных признаков, являются генетически и клинически гетерогенной группой нарушений, ассоциированных с сенсорной дисфункцией. Их показатель подсчитан как 1 на 25,000. Пять клинических фенотипов были охарактеризованы как HSANs, и все они обнаруживают прогрессивную потерю функции периферических сенсорных нервов. HSAN1 наиболее распространена из HSANs. Это аутосомно доминантное заболевание характеризуется потерей ощущений в дистальных частях нижних конечностей, инфекциями, хроническими перфорирующими изъязвлениями стоп и прогрессирующей деструкцией подлежащих костей (1). Мутации в serine palmitoyltransferases (SPTLC1 и SPTLC2), atlastin-1 (ATL1) и Ras-related GTPase 7 (RAB7) оказались ассоциированными с некоторыми HSAN1 родословными. Однако большинство причинных генов для HSAN1 неизвестны. Недавно, используя две американские одну японскую и одну европейскую родословные, Klein et al. (1) идентифицировали новую связь между мутациями в DNA methyl transferase 1 (DNMT1) и HSAN1.

Анализ сцеплений по всему геному проведен в родословной 1, содержащей 137 индивидов в семи поколениях. Сцепление было картировано с 19p13.2 с LOD показателем 6.38. Тонкое картирование и гаплотипирование ещё больше сузило область до 3.4 Mb. Это сопровождалось Illumina and Roche 454 exome секвенированием для идентификации новой гетерозиготной мутации Tyr495Cys в гене DNMT1. Эта мутация сегрегирует с болезнью в крупной американской семье. Последующее секвенирование экзонов DNMT1 в трех др. родословных привело к идентификации той же самой мутации во второй американской и японской родословной. Европейская родословная обладала новой мутацией в DNMT1, Asp490Glu-Pro491Tyr в результате изменения в тех последовательных нуклеотидах.

DNMT1 экспрессируется на высоком уровне в постмитотических нейронах и в ЦНС взрослых (2) и является компонентом аппарата репликации ДНК во время S фазы клеточного цикла. Она обязательна для поддержания метилирования, стабильности хроматина и регуляции генов и регуляции клеточного цикла в пост-митотических нейронах, она испытывает влияние со стороны метилирования ДНК (3). DNMT1 постоянно присутствует на гетерохроматине после S фазы, поддерживая метилирование. Целевая последовательность DNMT1 важна для её функции. Мутации, идентифицированные Klein et al. (1), появляются в этом домене targeting последовательности, подтверждая наличие мутаций потери функции. В самом деле, мутантные конструкции DNMT1 были сгенерированы и сравнены с экспрессирующимся белком дикого типа, который был растворим, мутантные формы белка были нерастворимы и формировали внутриклеточные включения, указывающие на то, что они неправильно упакованы. Кроме того, в то время как белок дикого типа вступал в ядро и соединялся с фокусами репликации во время S фазы, два мутантных белка оставались в цитоплазме и были неспособны проникать в ядро. Кроме того, ферментативная активность мутантной DNMT1 была заметно снижена по сравнению с таковой дикого типа.

Дальнейшие исследования проверяли эффекты DNMT1 на глобальное метилирование, авт. проанализировали 12 выборок, как затронутых, так и не затронутых родственников из родословной 1 (American), используя масс-спектрометрию измеряли уровни 5-methyl-2?-deoxycytidine (5-mdC). 8% снижение уровней 5-mdC наблюдалось по сравнению с контрольной группой (p < 0.001). Поскольку метилирование зависело от возраста и пола, то авт. также сравнивали содержание 5-mdC между тремя парами siblings одного и того же пола и между двумя парами кузенов с разницей в возрасте менее 5 лет. наблюдалось постоянное снижение на 7-15% в уровне 5-mdC у затронутых индивидов.

Чтобы исследовать вклад центромерных и перицентромерных регионов, которые, как известно, влияют на глобальное метилирование, был использован метод pyrosequencing, чтобы исследовать CpG места в satellite 2, line 1, satellite α и Alu повторяющиеся элементы. результаты показали снижение метилирования определенных CpG сайтов в регионе satellite 2 у группы затронутых индивидов. Эти результаты согласуются со снижением 5-mdC, указывая, что глобальное гипометилирование, происходящее в satellite 2 повторяющихся элементах, может нарушать стабильность гетерохроматина.

В этом исследовании Klein et al. описали мутации у HSAN1 пациентов, приводящие к неправильной укладке DNMT1, это нарушало её способность связываться с гетерохроматином в post-S фазе, приводя к глобальному гипометилированию и локальному гиперметилированию. Эти находки указывают на прямую связь между мутациями DNMT1 и HSAN1. итак, эти данные показывают, что DNMT1 вносит вклад в динамичную регуляцию нервной системы и что даже умеренные изменения в метилировании могут вызывать тяжелые дефекты в жизнеспособности и функции нейронов. Кроме того, данное исследование указывает на альтерации в метилировании как на механизм, вносящий вклад в нейродегенерацию.