Cilia, что по латыни означает ‘ресницы’ являются чрезвычайно законсервированными органеллами, обнаруживаемыми почти повсеместно в клетках эукариот, обладают разной подвижностью и сенсорными функциями. Реснички выполняют также критиеческие роли в путях передачи сигналов в клетках и в поддержании клеточного гомеостаза. Они грубо могут быть подразделены на три типа – подвижные реснички, узловые (nodal) и неподвижные или первичные реснички. Дефекты подвижных ресничек вызывают вызывают primary ciliary dyskinesia (PCD, MIM 244400), которая генетически гетерогенна, редка, обычно аутосомно рецессивное нарушение, встречающееся у 1:15,000 до 1:30,000 индивидов.

Дисфункция ресничек не подозревалась в качестве причины, лежащей в основе Kartagener, когда впервые была описана триада из синуситов, бронхоэктазий и situs inversus [1]. Однако индивиды с симптомами, включающими респираторную инфекцию, аносмию, бесплодие самцов и приблизительно в 50% случаев situs inversus totalis, как было установлено, имеют дефекты структуры и функции ресничек установлена связь между функцией ресничек и болезнью [2]. Симптомы PCD могут включать необъяснимые респираторные затруднения у новорожденных, хронические выделения через нос и синуситы, повторяющиеся отиты среднего уха, хронические бронхиты, ведущие к бронхоэктазиям и пониженная плодовитость или повышенный риск самопроизвольных абортов или внематочной беременности. В очень редких примерах, PCD может быть ассоцирована с гидроцефалией. Индивиды с PCD, как известно, страдают также от дегенерации сетчатки и кистозной болезни почек.

Во время вперед направленного толчка кончики ресничек вступают в контакт с респираторной слизью, а в фазе восстановления они ударяют обратно в жидкий слой около реснички. Т.о., потеря функции ресничек в респираторном тракте ведет к нарушению транспорта мерцательного эпителия, это ведет к к хроническим респираторным инфекциям. Бесплодие самцов возникает, когда незрелые спермии неспособны перемещаться по семявыносящим протокам или из-за потери подвижности ресничек семявыносящих мелких протоков или из-за потери подвижности жгутиков спермиев. У самок оплодотворенные яйцеклетки оказываются неспособными достичь матки, если реснички неспособны перемещать её, что ведет к эктопической беременности. Нарушение тока жидкости в желудочках головного мозга из-за потери подвижности ресничек эпендимы один из возможных механизмов, лежащих в основе гидроцефалии. Если дефекты подвижности ресничек вызывают situs inversus, то у нормальных эмбрионов моноцилии узелка, вращающиеся в направлении движения часовой стрелки, вызывают асимметричный левонаправленный ток внеклеточной жидкости, который движется поперек узелка. У эмбрионов с inversus viscerum речнички узелка неподвижны и не происходит нодального тока жидкости. Т.о., обеспечиваемый ресничками ноадлный ток необходим для становления лево=правосторонней асимметрии. Итак, клинические симптомы PCD отражают распределение подвижных ресничек в затрагиваемых тканях и органах.

Поскольку симптомы PCD перекрываются с рядом др. нарушений, диагностика с помощью только клинической симптоматики затруднительна. Хотя PCD является генетическим нарушением, оно рецессивно и аоэтому семейная история не может предоставить адекватную информацию для диагностики. Чостояние носительства может передаваться между членами семьи поколениями, прежде чем обнаружится индивид с болезнью. Поэтому PCD нуждается в совместимом клиническом фенотипе и в генетических и функциональных тестах для аккуратной диагностики. Функциональный тест заключается в идентификации специфических ультраструктурных дефектов ресничек с помощью трансмиссионной электронной микроскопии в биоптатах респираторного эпителия. Превалирующими ультраструктурными дефектами являются укорочение или отсутствие dynein плеч (~90%) или отсутствие или разрушение ценрального аппарата (10%).

Мутации, вызывающие PCD были идентифицированы в 17 генах (Table 1). Однако мутации в этих генах объясняют приблизительно только 60% случаев. Бмаллельные мутации в DNAH5 объясняют 15–21% от всех случаев PCD, тогда как мутации в DNAI1 объясняют 2–9% и мутации в CCDC40 объясняют 3–8%. Генетическое тестирование д. быть лучшим, более надежным методом диагностики, но на сегодня доступные генетические тесты не захватывают всех мутаций, обусловливающих PCD.

Table 1. Genes with mutations causing primary ciliary dyskinesia, and the ciliary structure affected by the mutations

Gene        Affected ciliary component

HYDIN        Central pair apparatus proteins
DNAH5, DNAH11, DNAI12, DNAL1, TXNDC3, CCDC114, DNAI1        Outer dynein arms
DNAAF1, DNAAF2, DNAAF3, CCDC103, HEATR2, LRRC6        Inner dynein arms
RSPH4A, RSPH9        Radial spoke head proteins
CCDC39, CCDC40        Nexin–dynein regulatory complex proteins
The most recent gene identified causing PCD, CCDC114 is in bold. 

Недавно две группы, Knowles et al. и Onoufriadis et al. идентифицировали новые гены, ассоциированные с PCD с помощью экзомного секвенирования. Onoufriadis et al. осуществили экзомное секвенирование 8 семей с севера Голландии. Один индивид из одной семьи оказался потомком близкородственного брака. Т.о., были оценены гомозиготные не-синонимные мутации и мутации сплайс сайтов. Мутации в CCDC114 были лишь вероятностью для PCD у этих индивидов. Индивид оказался гомозиготным по c.742G>A и в результате имел измененный сплайсинг, предположительно вызывающий сдвиг рамки считывания в белке. Все затронутые индивиды были гомозиготны по этой мутации во всех 8 семьях. Дополнительные 44 индивида с PCD и дефицитом наружных dynein или внутренних dynein плеч были секвенированы по CCDC114. Идентифицированы дополнительные гомозиготные сплайс-варианты. Видеоизображения с высокой скоростью клеток респираторного эпителия выявили крупные области со статичными ресничками. Трансмиссионная электронная микроскопия показала потерю наружных плеч dynein в затронутых ресничках.

Knowles et al. секвенировали 6 неродственных индивидов с дефектами наружных динеиновых плеч (ODA) ресничек. Рассматривались только гены с биаллельными вариантами (гомозиготные или компаундные гетерозиготы), поскольку PCD является рецессивным нарушением. Гомозиготная мутация (c.742G>A) в CCDC114, как было установлено, изменяет сплайсинг. CCDC114 был секвенирован дополнительно у 104 с PCD, и 4 индивида оказались с биаллельной мутацией. В целом, были идентифицированы 4 разные мутации, три в сайте сплайсинга и одна сдвига рамки считывания. Вариант c.742G>A был найден во всех неродственных семьях и был гомозиготным в одной семье и компаундной гетерозиготой в трех семьях. Эта мутация выявлена в 0.043% экзомных вариантах у субъектов, не имеющих PCD, Европецев. CCDC114 является ODA белком, а носовые соскобы у 5 биаллельных индвидов выявили полную неподвижность ресничек у большинства мерцательных клеток, подтвердив, что мутации вызывают дисфункцию. Т.о., мутации в CCDC114 были причиной PCD в 6% индивидос с PCD и ODA дефеектом.