Primary open angle glaucoma (POAG) фенотипически и генотипически сложное заболевание, которое является основной причиной слепоты во всем мире [1]. Из-за необратимой дегенерации зрительного нерва это распространенный признак болезни, др. фенотипические признаки сильно варьируют, включая возраст начала. Большинство пациентов затрагивается в старости, однако существует субнабор пациентов с глаукомой, развивающейся до 35 лет (юношеское начало POAG или JOAG). В любом возрасте глаукома хронически прогрессирует и современное лечение может замедлить, но не остановить связанное с болезнью изнашивание зрительного нерва.
POAG может наследоваться как аутосомно доминантный признак или как мульти-факториальный сложный признак. В целом, JOAG родословные обнаруживают аутосомно доминантное наследование, тогда как наследование случаев с началом у взрослых более сложное. Мутации в MYOC, кодирующем myocilin, гене обнаруживаются приблизительно в 30% семей JOAG [2, 3]. Поскольку большинство MYOC мутаций вызывает тяжелую с ранним началом глаукому, но некоторые мутации, особенно, GLN368X nonsense мутация, ассоциируют с более умеренным проявлением болезни с поздним началом [4, 5]. Интересно, что возраст начала болезни в некоторых семьях, несущих мутации MYOC с началом у взрослых чрезвычайно варьируют в пределах от 20 до позже 50 [6]. Факторы, ответственные за эту изменчивость неизвестны, хотя влияние генов модификаторов является довольно вероятным [7, 8].
В попытке идентифицировать новые JOAG гены мы ранее завершили геномное исследование сцепления, используя 25 JOAG семей с двумя и тремя поколениями, чтобы идентифицировать крупный в 11.4 Mb сцепленный интервал на хромосоме 9q22 (GLC1J) [9]. Здесь мы использовали целенаправленное отлавливание ДНК после высоко производительного секвенирования избранных JOAG семей, обнаруживающих сцепление с GLC1J, включая и тех, что начинаются у взрослых, выявляли MYOC мутации и вариабельный возраст начала болезни, чтобы идентифицировать гены, связанные с JOAG.
Discussion
Мы идентифицировали генетические варианты в multiplexin collagens 15A1 и 18A1 у индивидов с ранним началом глаукомы. Поскольку сегрегация этих вариантов не подтверждала причинной связи с болезнью, то все варианты, найденные у затронутых индивидов с ранним возрастом начала сравнивали с остальными затронутыми членами семей без коллагеновых вариантов. Эти результаты подтверждают, что эти варианты действуют как факторы, модифицирующие болезнь. Мы также показали, что наиболее распространенный вариант, COL15A1 R163H зависит от возраста начала с началом у взрослых POAG.
Коллаген 15A1 и 18A1 являются признаками базальных мембран [20, 21] и внеклеточного матрикса [22, 23] и оба, как было установлено, экспрессируются в глазу [24-26]. Некоторые мутации в COL18A1 являются причиной аутосомно рецессивной болезни Knobloch's, которая характеризуется миопией myopia и дегенерацией сетчатки [27]. C-терминальный endostatin домен, который включает расположение A1381T варианта, как известно, обладает анти-ангиогенными свойствами и также способствует апоптозу (28, 29). Коллаген 15A1 экспрессируется в эндотелиальных клетках канала Schlemm's, которые являются компонентами трабекул путей оттока, участвующих в удалении водянистой жидкости и в регуляции IOP [18]. Двойные нокаутные мыши по Col15a1 и Col18a1 обнаруживают аномалии переднего глазного сегмента, которые могут влиять на развитие глаукомы, включая атрофию стромы радужки [30]. Итак, эти результаты подтверждают, что варианты COL15A1 и COL18A1 могут влиять на возраст начала болезни, нарушая структуру базальных мембран, участвующих в оттоке жидкости. Мы показали, что Col15a1 также экспрессируется в нервных структурах, это д. указывать, что варианты COL15A1 должны также влиять на чувствительность зрительного нерва к дегенерации. Необходимы дальнейшие исследования по определению молекулярных взаимодействий multiplexin collagens, которые помимо уже определенной роли этих белков в развитии глаукомы, должны быть определены.
Мутации MYOC присутствовали у затронутых членов в 4-х из 15 родословных, оцененных в данном исследовании. 3 семьи имели мутации MYOC , как известно, ассоциированные в началом болезни у взрослых: T377M в OAG14 и Q368X в OAG16 и OAG125 [6]. Мутация MYOC у затронутых членов OAG6 (C245F) ранее не была описана, хотя др. missense изменения в том же самом месте (C245Y) были найдены в Китайской семье со средним возрастом диагноза 18±6.4 [31]. Однако, т.к. каждый из затронутых членов OAG6 также нес COL15A1 R163H, то не было возможности определить возраст начала болезни в ассоциации с MYOC C245F или влияние COL15A1 R163H на начало этой болезни в этой семье. Соответственно, когда мы представили родословную OAG6 на Fig. 1, то мы не включили данные по возрасту начала болезни из этой семьи в сравнении со средним возрастом начала у носителей R163H или затронутых индивидов без R163H. Интересно, что редкий вариант COL18A1 A1381T был найден у пациентов с ранним началом глаукомы в обеих семьях с Q368X мутацией. Мутация Q368X довольно распространена, по крайней мере, как серьёзные мутации MYOC [32]. MYOC мутации вызывают неправильную упаковку белка и последующее сохранение мутантных агрегатов в эндоплазматическом ретикулуме (ER) [33]. In vitro проверка растворимости подтвердила, что мутации, вызывающие более тяжелую болезнь, являются, по крайней мере, растворимыми и, скорее всего, остаются в ER [34, 35]. Поскольку мутация Q368X нерастворима при проверке in vitro , то она может быть , по крайней мере, частично секретироваться во внеклеточный матрикс [36] где она потенциально взаимодействует с collagen 18. Необходимы дальнейшие исследования, чтобы подтвердить эту гипотезу. Изменчивость возраста начала в семьях с MYOC Q368X была описана ранее и было бы интересно поискать дополнительные Q368X семьи в отношении вариантов COL18A1 [8].
Все идентифицированные в данном исследовании варианты COL15A1 более распространены у афро-американцев, чем у белых? выходцев из Европы. Раса афро-американцев обладает самостоятельным фактором риска открытоугольной глаукомы и афро-американцы часто обнаруживают заболевание раньше, чем белые [37]. Наши находки подтверждают, что изменчивость COL15A1 является одним из факторов, которые может повлиять на тяжесть болезни у афро-американцев. Из COL15A1 исследованных в данной работе вариантов, R168H наиболее распространенный у них вариант. Поскольку патогенность in silico этого варианта может рассматриваться более значительной, чем др. вариантов описанных в данном исследовании, то GERP показатель и polyphen2 значение прекрасно соответствуют границам др. относительно распространенных болезнь-модифицирующих аллелей, включая Val158Met COMT аллель, как известно, модифицирующий возраст начала болезни Паркинсона (GERP, -0.757; polyphen2, benign) [38], Met55Val SUMO4 аллель, как известно, модифицирующий чувствительность к диабету (GERP, -0.47; polyphen2, benign) [39], и Ala736Val TMPRSS6 аллель, которые, как известно, модифицирует пенетрантность и клинические проявления наследственного hemochromatosis (GERP, 4.72; polyphen2, benign) [40].
Имеется несколько ограничений в нашем исследовании. Во-первых, возраст начала трудно измерить и труднодоступен в большинстве групп с глаукомой. В нашем исследовании мы использовали возраст, когда индивиды обращаются в органы здравоохранения, что у них глаукома. Поскольку многие пациенты регистрируются для изучения ретроспективно, то часть из них отзывается. Несмотря на это мы оказались способны продемонстрировать интересное взаимоотношение между вариантами COL15A1 и COL18A1 и возрастом начала глаукомы. IOP также трудно измерить, т.к. он варьирует в зависимости от времени дня, предыдущего приема лекарства и хирургического вмешательства, толщины центральной части роговицы и методов, использованных для измерения давления. Др. ограничением стало то, что большинство семей в данном исследовании не обладало информацией о 'первичном' или 'причинном' гене, это затрудняло оценку вклада потенциальных модифицирующих эффектов COL15A1 и COL18A1 вариантов. В семьях с ранним началом предполагалось, что первичная мутация имеет пенетрантность сходную с таковой , которая характерна для мутаций MYOC, присутствующей в 4-х из исследованных семей и что один дополнительный вариант , или из COL15A1 или COL18A1 может влиять на возраст начала болезни. В случаях глаукомы с началом болезни у взрослых предполагалось, что аллели, ассоциированные с болезнью, имеют низкую пенетрантность, согласующуюся с нарушениями, возникающими у взрослых и имеющих сложное наследование и в этом примере эффекты COL15A1 R163H варианта наиболее впечатляющие, когда индивиды гомозиготные по аллелям риска. Наконец, поскольку варианты COL15A1, влияющие на возраст начала, вносят вклад в наблюдаемый сигнал сцепления в 9q22, то остается возможность, что др. ген в этой области также вносит вклад в раннее начало глаукомы. Методы, используемые в данном исследовании не позволяют идентифицировать варианты в 5' и 3' регуляторных регионах, глубокие интронные варианты и крупные вариации в чиcле копий.
Open angle glaucoma is genetically and phenotypically complex and is likely to result from combinations of multiple genes and environmental factors. The results from this study suggest that both high-penetrant disease-causing alleles and low-penetrant disease-associated alleles may be influenced by genetic-modifying factors. The discovery of alleles that can modify the severity of disease-causing mutations can provide valuable information about the pathogenesis of disease and possibly suggest novel therapeutic approaches. Further evaluation of the effects of these collagen variants in glaucoma in animal models could identify important therapeutic targets. Additionally further study of the phenotypic features associated with these variants could lead to the development of clinically useful diagnostic tests.
