Дистрофия роговицы группа двухсторонних наследственных нарушений, ассоциированных с развитием или помутнения обычно прозрачной роговицы или эндотелиальной дисфункцией, которая может приводить или к отеку роговицы или потере ею прозрачности. Некоторые дистрофии, которые прежде всего затрагивают эндотелий роговицы, были описаны: posterior polymorphous corneal dystrophy (PPCD; MIM #122000), congenital hereditary endothelial dystrophy (CHED; MIM # 217700), Fuchs endothelial corneal dystrophy (FECD; MIM #613267) и X-linked endothelial corneal dystrophy (XECD; MIM # 300779). Распространенность каждой из корнеальных эндотелиальных дистрофий варьирует значительно от одной популяции к др. хотя все они показаны для трансплантаций роговицы [1, 2]. В США FECD затрагивает до 5% популяции после 40 лет, а зрительно наблюдаемый значительный отек роговицы вторичный для FECD является наиболее распространенным показанием к трансплантации роговицы, примерно 47% эндотелиальной кератопластики осуществлено в 2012 [3, 4]. Хотя аутосомно рецессивная CHED не являются относительно распространенной в США, она является одной из наиболее часто встречающихся дистрофий роговицы в странах с распространенными родственными браками и является хорошо узнаваемой причиной врожденного отека роговицы. Менее распространена, чем FECD, но более часта по сравнению с CHED в США, PPCD, доминантно наследуемая роговичная эндотелиальная дистрофия, которая ассоциирует с разными фенотипами, варьирующими от бессимптомных изменений эндотелия роговицы до врожденного отека роговицы и глаукомы, последняя из которых развивается у 15-40% затронутых пациентов (Fig. 1) [5, 6]. X-сцепленная эндотелиальная дистрофия остается наименее распространенной дистрофией роговицы, описана в одиночных семьях [7]. 7 последовательных поколений в Австрийской семье демонстрируют широкий круг фенотипических признаков, от бессимптомных изменений эндотелия, до врожденного отека роговицы [7]. Учитывая очевидный X-сцепленный характер наследования, был предпринят анализ сцепления для X хромосомы, предоставивший доказательства достоверного сцепления с регионом в 14.79 Mb в Xq25, хотя генетические основы остаются неизвестными [7].

Существенные успехи достигнуты в последнюю декаду, выявившие генетическую основу роговичных эндотелиальных дистрофий [8]. Мутации в zinc finger E-box binding homeobox 1 гене (ZEB1), solute carrier family 4 member 11 gene (SLC4A11) и в collagen, type VIII, alpha-2 гене (COL8A2), как было установлено, играют роль в PPCD, CHED и в форме с ранним началом FECD, соотв. Однако, имеются некоторые доказательства, указывающие, что мутации в каждом из этих генов также вызывают и др. роговичные эндотелиальные дистрофии (SLC4A11 мутации при FECD, COL8A2 мутации при PPCD и ZEB1 мутации при FECD) [9-13].

Posterior polymorphous corneal dystrophy

Разнообразие локусов продемонстрировано для PPCD, которая была картирована в перицентромерной области хромосомы20 ( PPCD1 локус), ассоциированный с мутациями в collagen, type VIII, alpha 2 gene (COL8A2) на хромосоме 1 (локус PPCD2 ) и ассоциированный с нонсенс мутациями в zinc finger E-box binding homeobox 1 гене (ZEB1), также известен как transcription factor 8 gene (TCF8), на хромосоме 10 (локус PPCD3) [14-18]. Поскольку существуют неотразимые доказательства, подкрепляющие участие гена локуса PPCD1 и ZEB1 в патогенезе PPCD, недостаточно доказательств, подтверждающих роль COL8A2, или др. любого гена локуса PPCD2 в патогенезе PPCD.

Posterior polymorphous corneal dystrophy 1

Локус для PPCD (PPCD1) был идентифицирован в перицентромерном регионе хромосомы 20 с помощью анализа сцепления [5, 19, 20]. Регион хромосомы 20, который содержится внутри перекрывающихся поддерживающих интервалов , выявленных в трех исследованиях, PPCD1 общий поддерживающий интервал соответствует региону в 1.8 Mb, содержащему 30 картированных генов (Human Annotation Release 104). Проводился скрининг экзонных регионов этих генов и был идентифицирован минорный аллель из 7 SNPs, которые сегрегировали с измененным фенотипом, хотя каждый был также идентифицирован у контрольных индивидов, указывая тем самым, что ни один из кандидатов не является причинным вариантом для PPCD1. Однако, демонстрация ассоциации каждого из этих SNPs с болезненным аллелем предоставила исчерпывающие доказательства, что патогенная мутация лежит внутри PPCD1 локуса [20]. Кроме того, у мышиной модели PPCD1 был картирован в регионе хромосомы 2, который синтеничен с локусом PPCD1 на 20-й хромосоме человека [21].

Posterior polymorphous corneal dystrophy 2

Хотя локус, содержащий collagen, type VIII, alpha 2 ген (COL8A2) на хромосоме 1 был предложен для PPCD (наз. PPCD2), сцепление этого локуса никогда не было продемонстрировано в семьях с PPCD, и только идентифицирован предполагаемый вариант патогенной последовательности в COL8A2, для которого не было показано сегрегации с измененным фенотипом в родословной, в которой он был идентифицирован [13]. После ассоциации мутации в COL8A2 при варианте с ранним началом FECD, исследователи проводили скрининг COL8A2 в семьях с PPCD, принимая во внимание клиническое и гистопатологическое сходство между PPCD и FECD [13]. После идентификации миссенс аминокислотных изменений у двух индивидов, страдающих от PPCD в одной семье (не затронутые члены семьи не подвергались скринингу), исследователи предложили COL8A2 в качестве локуса PPCD2, хотя не была идентифицированы мутации в кодирующем регионе у 13 у др. страдающих индивидов. Затем наша группа и др. скринировали COL8A2 в семьях с PPCD и оказались неспособны идентифицировать какие-либо патогенные мутации в кодирующем регионе, это подтвердило наше мнение, что оригинальный описанный миссенс вариант в COL8A2 в действительности является редким полиморфизмом [22, 23].

Posterior polymorphous corneal dystrophy 3

ZEB1, транскрипционный фактор цинковые пальчики, который соединяется с ДНК с помощью консервативной последовательности (CACCTG), известной как E2 box, играет критически важную роль как в развитии (напр., эмбриональной гаструляции) , так и болезни (напр., метастазирование опухолей) благодаря репрессии транскрипции генов, важных для поддержания эпителиального фенотипа [24]. ZEB1 участвует в epithelial-to-mesenchymal transition (EMT), благодаря его регуляции с помощью TGF-β, FGF и miR200 семейства микроРНК и репрессии транскрипции E-cadherin (CDH1), маркера эпителиальных клеток [24]. Поскольку FGF-2, как известно, обеспечивает endothelial-to-mesynchymal transformation (EnMT), которая приводит к образованию retrocorneal фиброзной мембраны с помощью HCEnC, однако роль ZEB1 в EnMT неизвестна и действительный механизм, с помощью которого ZEB1 мутации ведут к сходному нарушению регуляции HCEnC и потере нормальной функции HCEnC, что характеризует PPCD3, сегодня неясно [25]. ZEB1 экспрессируется в эндотелии роговицы человека и, как известно, репрессирует транскрипцию разных генов, включая некоторые, участвующие в EMT, и, как полагают, негативно регулирует транскрипцию др. генов, включая collagen, type IV, alpha 3 (COL4A3) [15, 26]. Поскольку COL4A3, как было установлено, экспрессируется при детской и взрослой DM, описано его отсутствие в эндотелии роговицы взрослых людей [15, 27]. Однако, в присутствии укорачивающей мутации в ZEB1, экспрессия COL4A3 была продемонстрирована в эндотелии роговицы индивидов, страдающих от PPCD3 [15]. Эти находки и идентификация 6 E2 boxes в 5kb выше стартовой точки транскрипции COL4A3, подтверждают, что ZEB1 участвует в негативной регуляции транскрипции COL4A3. Следовательно, гаплонедостаточность по ZEB1 в роговице вторична по отношению к 1 из 24 идентифицированных укорачивающих мутаций, как полагают, ведет к экспрессии COL4A3, приводя к аномальной пролиферации эндотелия, утолщению роговицы и iridocorneal слияниям, наблюдаемым при PPCD (Table 1). Однако, демонстрация экспрессии COL4A3 в эндотелии роговицы у нормальных взрослых людей и обратным образом связанные уровни экспрессии ZEB1 и COL4A3 мРНК в норме и в эндотелии роговицы PPCD3 людей ставит под вопрос эту гипотезу и указывает на то, что относительная экспрессия COL4A3, не просто присутствие или отсутствие экспрессии COL4A3, дифференцирует нормальный в отличие от поврежденного эндотелия роговицы [28].

Table 1. ZEB1 mutations associated with PPCD3 and SLC4A11 mutations associated with CHED2
 

Dystrophy        Gene (locus)        Exon/Intron        Nucleotide change        AA change        References
PPCD3        ZEB1 (10p11.2)        E1        c.1A>G        p.(Met1?)        [18]
c.2T>G        p.(Met1?)        [14]
c.34C>T        p.(Gln12*)        [14]
E4        c.449delG        p.(Gly150Alafs*36)        [69]
E5        c.640C>T        p.(Gln214*)        [14]
c.672delA        p.(Gly225Glufs*7)        [17]
c.689_690delAT        p.(His230Argfs*7)        [69]
E7        c.929dupA        p.(Cys311Valfs*25)        [14]
c.973C>T        p.(Arg325*)        [14]
c.1124delT        p.(Phe375Serfs*31)        [16]
c.1332_1335delCAAT        p.(Ile444Metfs*48)        [15]
c.1348C>T        p.(Gln450*)        [15]
c.1387_1390delCCTT        p.(Pro463Trpfs*29)        [16]
c.1482dupA        p.(Glu495Argfs*10)        [14]
c.1569delA        p.(Val526*)        [14]
c.1576dupG        p.(Val526Glyfs*3)        [15]
c.1913_1914delCA        p.(Ser638Cysfs*5)        [69]
c.2157C>G        p.(Tyr719*)        [16]
c.2182G>T        p.(Glu728*)        [15]
c.2324dupA        p.(Glu776Glyfs*44)        [16]
E8        c.2650delC        p.(Gln884Argfs*37)        [69]
E9        c.2916_2917delTG        p.(Gly973Valfs*14)        [15]
c.2990_2991delAG        p.(Glu997Alafs*7)        [14]
c.3116_3117delAG        p.(Glu1039Glyfs*6)        [69]
CHED2        SLC4A11 (20p13-p12)        E2        c.140delA        p.(Tyr47Serfs*69)        [70]
c.246_247delTTinsA        p.(Phe84Leufs*32)        [44]
E3        c.306delC        p.(Gly103Valfs*13)        [70]
c.334C>T        p.(Arg112*)        [70]
E4        c.353_356delAGAA        p.(Lys118Thrfs*12)        [45]
c.374G>A        p.(Arg125His)        [71]
c.427G>A        p.(Glu143Lys)        [70]
c.473_480delGCTTCGCC        p.(Arg158Glnfs*4)        [70-73]
c.478G>A        p.(Ala160Thr)        [71]
E5        c.618_619delAG        p.(Val208Alafs*38)        [70]
c.625C>T        p.(Arg209Trp)        [70]
c.637T>C        p.(Ser213Pro)        [72]
c.638C>T        p.(Ser213Leu)        [70]
E6        c.654 (-97)_778 (-1488)del698        p.(Cys219Lysfs*49)        [71]
c.695G>A        p.(Ser232Asn)        [74]
c.697C>T        p.(Arg233Cys)        [70]
c.720G>A        p.(Trp240*)        [75]
E7        c.806C>T        p.(Ala269Val)        [71]
c.812C>T        p.(Thr271Met)        [76]
c.859_862delGAGAinsCCT        p.(Glu287Profs*21)        [77]
c.878_889del12        p.(Glu293_Glu296del)        [70]
c.985A>T        p.(Arg329*)        [74]
I7        c.996+25del19        N/A        [70, 73]
I8        c.1091-1G>C        splice site inactivation        [70]
E9        c.1156T>C        p.(Cys386Arg)        [71, 75, 78]
c.1179G>C        p.(Gly394Arg)        [73]
c.1202C>A        p.(Thr401Lys)        [70]
E10        c.1253G>A        p.(Gly418Asp)        [70, 73]
E11        c.1317_1322del6ins8        p.(Leu440Valfs*6)        [70]
c.1378_1381delTACGinsA        p.(Tyr460_Ala461delinsThr)        [72]
c.1391G>A        p.(Gly464Asp)        [45]
c.1418T>G        p.(Leu473Arg)        [70]
c.1463G>A        p.(Arg488Lys)        [72]
E12        c.1466C>T        p.(Ser489Leu)        [45, 70]
E13        c.1704_1705delCT        p.(His568Hisfs*177)        [44]
c.1751C>A        p.(Thr584Lys)        [70]
E14        c.1813C>T        p.(Arg605*)        [44, 45, 70]
c.1894G>T        p.(Glu632*)        [44, 70]
E15        c.2017_2019delTTC        p.(Phe673del)        [77]
I15        c.2067-6_-16 delinsGGCCGGCCGG        N/A        [45]
c.2067+1G>A        splice site inactivation        [73]
E16        c.2233_2240dupTATGACAC        p.(Ile748Metfs*5)        [72]
c. 2236C>T        p.(Arg757*)        [73]
I16        c.2240+1G>A        splice site inactivation        [75, 78]
E17        c.2263C>T        p.(Arg755Trp)        [70, 71, 75]
c.2264G>A        p.(Arg755Gln)        [44, 45, 70, 75]
c.2318C>T        p.(Pro773Leu)        [70, 71]
c.2389_2391delGAT        p.(Asp797del)        [70]
c.2398C>T        p.(Gln800*)        [75]
c.2407C>T        p.(Gln803*)        [70]
c.2411G>A        p.(Arg804His)        [44]
c.2420delTinsGG        p.(Leu807Argfs*71)        [44]
c.2423_2454del32        p.(Leu808Profs*110)        [72]
I17        c.2437-1G>A        splice site inactivation        [75]
E18        c.2470G>A        p.(Val824Met)        [70, 72, 78]
c.2498C>T        p.(Thr833Met)        [44]
c.2506C>T        p.(Glu836*)        [75]
c.2518-2520delCTG        p.(Leu840del)        [78]
c.2528T>C        p.(Leu843Pro)        [72]
c.2566A>G        p.(Met856Val)        [72]
c.2606G>A        p.(Arg869His)        [44]
c.2605C>T        p.(Arg869Cys)        [45, 70, 75]
E19        c.2618T>C        p.(Leu873Pro)        [71]
         c.2623C>T        p.(Arg875*)        [70]

Congenital hereditary endothelial dystrophy

Врожденная наследственная эндотелиальная дистрофия являются уникальной среди дистрофий роговицы тем, что как аутосомно доминантная (CHED1), так и аутосомно рецессивная (CHED2) формы были описаны и картированы в разных локусах хромосомы 20. Однако тщательная проверка литературы показала, что CHED1 не является четко отличимой формой от PPCD1, чтобы говорить о самостоятельной эндотелиальной дистрофии роговицы. Следовательно, номенклатура д. быть пересмотрена и отражать, что только аутосомно рецессивная CHED достаточно хорошо охарактеризована и д. отличаться от др. эндотелиальных дистрофий и рассматриваться как уникальная эндотелиальная дистрофия роговицы.

Congenital hereditary endothelial dystrophy 1

В литературе описаны только 5 семей с очевидной доминантно наследуемой формой CHED: родословная белых американцев опубликована Maumenee в 1960 а затем была описана Judisch and Maumenee в 1978 (family 1) [29, 30]; Норвежская родословная опубликована Odland в 1968 (family 2) [31]; Британская семья первоначально описана Pearce с колл. в 1969, и затем описана Kirkness в 1987 и Toma в 1995 (family 3) [32-34]; родословная белых американцев опубликована Kanai с колл. в 1971 и затем описана Levinson с колл. в 1973 (family 4) [35-37]; и ещё одна родословная белых американцев описана Levinson с колл. в 1973 (family 5) [37]. Мы полагаем, что только одно сообщени предоставило достаточно доказательств как эндотелиальной дистрофии, так и аутосомно доминантного способа наследования, это семья первоначально описанная Pearce с колл. [32]. Однако базируясь на представленных клинических и гистопатологических и ЭМ находках в этой семье, затронутые индивиды, скорее всего, имеют PPCD.

Family 1

The original pedigree reported by Maumenee in 1960 demonstrates three consecutive generations of affected individuals without any affected parent-offspring pairs, leading to uncertainty regarding the mode of inheritance [30]. When the family was reascertained by Judisch and Maumenee almost two decades later, a history of consanguinity was obtained that clearly established the autosomal recessive inheritance pattern in this family [29]. As Judisch and Maumenee acknowledged that they had never seen an autosomal dominant CHED pedigree, the comparison of the clinical features of the dominant and recessive forms of CHED that they reported relied upon the clinical features reported by Pearce and colleagues and by Odland [29].

Family 2

A review of article published by Odland in 1968 clearly demonstrates that the pedigree he reported had a corneal stromal dystrophy, not an endothelial dystrophy. Although several members of the family had a history of congenital corneal opacification, slit lamp examination revealed that the opacities were due to a 'large number of small flakes and spots throughout all layers of the stroma [31]'. The fact that a lamellar keratoplasty in one of the affected individuals successfully improved the patient's vision to 5/7.5 (20/30) indicates that the corneal opacification was due to stromal opacification, not endothelial dysfunction. In addition, as histopathologic examination of the excised corneal specimens revealed amorphous material deposited between the collagen lamellae that stained with Masson trichrome, Odland attributed the corneal opacification to a 'degeneration of the corneal lamellae' [31].

Family 3

The pedigree reported by Pearce that was subsequently reported by Kirkness in 1987 and Toma in 1995 likely has PPCD based on clinical, histopathologic, electron microscopic and linkage analyses [29, 32-34]. The severity and early onset of the corneal edema, requiring corneal transplantation in 10 of the 39 (25.6%) affected individuals in this family, was relied upon by the authors as a distinguishing feature between CHED1 from PPCD, although the authors acknowledged that the two share many clinical features. However, this percentage is not significantly different from the 23.3% (17/73) of individuals with PPCD that have undergone corneal transplantation (in several cases for congenital corneal edema) in the authors' ongoing study of PPCD (unpublished data). Additionally, the description of a thickened and grey-colored DM, associated with 'occasional irregular white areas' and a 'beaten copper appearance, similar to that of early Fuchs' dystrophy' in affected individuals is consistent with the grayish opacification of DM, vesicular and band-shaped endothelial opacities and endothelial guttae characteristic of PPCD [32]. Electron microscopic examination of two excised corneal specimens demonstrated a normal appearing anterior banded portion of DM and a markedly thickened posterior non-banded portion, similar to what is seen in PPCD [32]. While the authors compared the EM findings to those described for FECD, they did not mention that the findings were consistent with PPCD, as it was two years later in 1971 that the electron microscopic features of PPCD were first published [38].

In 1987, Kirkness and colleagues published a report of the clinical, light and electron microscopic findings in additional members of the family originally reported by Pearce [33]. On the basis of these findings, the authors acknowledged that CHED1 and PPCD may have a similar clinical and histologic appearance, and thus that the two conditions could actually represent different manifestations of the same entity [33].

In 1995, Toma and colleagues reported the results of linkage analysis in the same family, demonstrating linkage to a 2.7?cM region on chromosome 20 located within the original PPCD1 locus [34]. The subsequent mapping of three other families with PPCD to this region led to the identification of a common 2.4?cM PPCD1 interval that is nearly identical to the CHED1 interval (Fig. 2). Potential explanations include the possibility that the two endothelial dystrophies are allelic variants, that two or more genes that are involved in corneal endothelial cell function are located in the common linked interval for the two endothelial dystrophies, or that the CHED1 family actually has PPCD1. Given the clinical, histopathologic, ultrastructural similarities between CHED1 and PPCD1, we believe that it is most plausible that the CHED1 family actually has PPCD1.

Family 4

A pedigree reported initially by Kanai and colleagues in 1971 and again by Levenson and colleagues in 1973 also appears to have PPCD based on the clinical, light and electron microscopic findings. The authors described affected monozygotic twin sisters and three affected offspring of one of the affected twins [35, 36]. Observed clinical features atypical for CHED included the presence of only peripheral corneal endothelial changes and overlying stromal edema in the affected mother, whose CDVA measured 20/25 OU and who was asymptomatic. A similar pattern of peripheral corneal edema was described in each of the affected woman's three children as well, one of whom required corneal transplantation. Electron microscopic examination of the excised corneal button demonstrated a posterior collagenous layer interposed between DM and the corneal endothelium, and replacement of the normal endothelial monolayer with two to three cell layers. These findings, as well as the microvilli observed on the posterior cell surface, are now recognized, characteristic features of PPCD, which were likely not recognized as such by the authors as they were first published later that year [38].

Family 5

In addition to the aforementioned family, Levenson and colleagues reported a second family with CHED affecting individuals in consecutive generations in their 1973 publication [37]. Affected members of this family demonstrated endothelial findings that are now recognized as classic for PPCD, including: endothelial vesicles that the authors described as 'grayish-white, circular lesions…some with clearer centers…along with circular or oval clear vacuole-like lesions. A denser whitish haze often surrounded these vacuole-like lesions, which on occasion were strung out several in a row'; and endothelial bands described as 'double-contoured, nearly straight lesions that traversed the greater extent of both central corneas (Fig. 3) [37]'. The authors acknowledged that the endothelial changes were consistent with those associated with PPCD, but differentiated between CHED and PPCD in this pedigree due to the absence of involvement of the posterior stroma in asymptomatic affected individuals and the diagnosis of congenital corneal edema in one affected individual. However, the demonstration of regions of endothelial cell layer duplication, characteristic of PPCD, on histopathologic examination of the excised corneal button from this individual and the fact that PPCD is now a well-recognized cause of congenital corneal edema provide additional convincing evidence that both pedigrees reported by Levenson and colleagues have PPCD [39, 40].

Congenital hereditary endothelial dystrophy 2

В 1999, два исследования сцепления с использованием маркеров, расположенных в локусе PPCD1 на хромосоме 20, который содержал CHED1 локус, исключили CHED2 из этого интервала [41, 42]. В тот же год Hand с колл. описали локализацию CHED2 в регионе 20p13, отличающуюся от локуса CHED1, используя картирование гомозиготности [43]. 7 лет спустя две др. группы показали, что мутации SLC4A11 вызывают CHED2 [44, 45] (Fig. 4). Vithana and colleagues постулировали, что мутации в SLC4A11, который кодирует bicarbonate transporter-related protein-1 (BTR1), вызывают неспособность белка BTR1 достигать плазматической мембраны, где он функционирует в качестве совместного транспортера для sodium-borate [45]. В самом деле, трансфекция иммортализованных клеточных линий мутантной SLC4A11 кДНК демонстрирует незначительную или отсутствие экспрессии зрелого белка и очень немного мутантного BTR1 белка располагается на клеточной поверхности [45]. Кстати, идентифицировано 74 мутаций в 17 из 19 кодирующих экзонов SLC4A11, хотя 32 из 136 (23.5%) проанализированных родословных не обнаруживали мутаций в кодирующем регионе SLC4A11 (Tables 1 and 2, Appendix S1). Скрининг предполагаемой промоторной области SLC4A11 в 20 из этих 32 семей оказался неспособным продемонстрировать какие-либо предполагаемые патологические варианты. Т.о., возможно, что существует гетерогенность локусов для CHED, как это имеет место в случае PPCD, так, сцепление CHED локуса с 20p13 было продемонстрировано в каждой из 3-х семей при геномном анализе сцепления [43, 45, 46].

Table 2. Published series of SLC4A11 screening in congenital hereditary endothelial dystrophy



Publication  Year  Location  Probands screened Probands with  Probands without a mutation Promoter screened?  

Jiao et al [44].        2006        Hyderabad, India        16        12        4        No
Vithana et al [45].        2006        Madurai, India        10        10        0
Sultana et al [70].        2007        Hyderabad, India        42        35        7        No
Kumar et al [77].        2007        Bangalore, India        2        2        0
Ramprasad et al [75].        2007        Chennai, India        9        9        0
Aldave et al [74].        2007        Los Angeles, US        1        1        0
Desir et al [72].        2007        Brussels, Belgium        7        7        0
Hemadevi et al [71].        2008        Madurai, India        20        11        9        Yes
Shah et al [76].        2008        Riyadh, Saudi Arabia        2        1        1        No
Aldahmesh et al [73].        2009        Riyadh, Saudi Arabia        7        7        0
Paliwal et al [78].        2010        New Delhi, India        20        9        11        Yes
Total                          136        104        32

Fuchs endothelial corneal dystrophy

Поскольку FECD первоначально считалась спорадическим нарушением, потом некоторые сообщения, опубликованные между 1970 и 1980, выявили множественные семейные случаи FECD и установили аутосомно доминантный характер наследования [47-49]. Эти сообщения также установили преобладание лиц женского пола среди страдающих индивидов с соотношение 2.5:1.0 [48]. Некоторые исследования по сцеплению и ассоциациям были проведены как в менее распространенной форме FECD с ранним началом, так и в классической FECD с поздним началом. В то время как форма FECD с ранним началом была сцеплена только с одним локусом на хромосоме 1p, было продемонстрировано достоверное сцепление формы FECD с поздним началом в хромосомах 13 (FCD1) [50, 51], 18 (FCD2) [52] и 5 (FCD3) [53].

Early onset FECD

Первый анализ сцепления в семья[ с FECD опубликован Biswas с колл. в 2001 [13]. Анализ семьи с FECD формой с ранним началом позволил идентифицировать 6-7 cM интервал на хромосоме 1p34.3-p32. Исследователи выбрали COL8A2 из генов, картированных в этом интервале сцепления в качестве функционального гена кандидата, т.к. он являлся основным компонентом DM [13, 54]. Скрининг COL8A2 выявил миссенс мутацию, p.(Gln455Lys), которая сегрегировала с мутантным фенотипом в семье и не была обнаружена в контроле [13]. Авт. идентифицировали ту же самую мутацию в двух др. семьях с FECD с ранним началом, но не сообщили имеет ли место сегрегация с поврежденным фенотипом в каждой из семей (они представили 8/8 затронутых индивида в одной семье, но не упомянули о скрининге незатронутых членов) [13]. Поскольку авт. также идентифицировали др. миссенс замены в семье с FECD, p.Arg155Gln, и две дрю миссенс замены у индивидов со спорадической FECD, p.Arg304Gln и p.Arg434His, а идентификация p.Arg155Gln и p.Arg434His у незатронутых индивидов в последующих сообщения показала, что это не патогенные варианты [22, 55, 56]. Кроме того, отсутствие достоверной ассоциации между любым SNPs в локусе COL8A2 и FECD в двух независимых gemone-wide association studies (GWAS) говорит против роли COL8A2 в классической форме FECD с поздним началом [4, 57]. Однако дополнительные доказательства подтверждают патогенность мутаций COL8A2 в FECD с ранним началом, т.к. идентифицированы p.Leu450Trp и p.Gln455Val в двух дополнительных семьях с FECD с ранним началом, в которых мутации сегрегировали с измененным фенотипом [56, 58]. В семье, в которой идентифицирована мутация p.L450W, Gottsch с колл. отметили соотношение полов 1:1 и клинические и гистопатологические характеристики эндотелиальных капель (guttae), которые были отличны от таковых при классической форме FECDс поздним началом [58]. Следовательно, учитывая разные демографические, морфологические и температурные признаки форм с ранним и поздним началом FECD, очевидно, что COL8A2 мутации являются причиной атипической, менее распространенной формы FECD, но не играют роли в фенотипически отличной форме FECD с поздним началом [58].

Late onset (classic) FECD

SLC4A11

Как и при др. эндотелиальных дистрофиях первоначальные попытки идентифицировать генетическую основу FECD с поздним началом заключались в анализе сцепления и скрининге генов, участвующих в др. эндотелиальных дистрофиях роговицы. Вследствие идентификации мутаций SLC4A11 у индивидов с CHED2, Vithana с колл. скринировали SLC4A11 у 89 индивидов со спорадическими и семейными FECD, выявили 4-х индивидов с предполагаемыми патогенетическими вариантами (три миссенс и мутация сдвига рамки считывания) [9]. Однако , поскольку 3 из 4-х случаев были спорадическими и не встречались у членов семей, 4-й индивид был пригоден для тестирования, но не выявлено сегрегации ни для одного из вариантов [9]. Чтобы разрешить спор, что идентифицированные варианты функционально важны, авт. исследовали эффекты 3-х гетерозиготных missense мутаций на экспрессию и локализацию белка. Демонстрация достоверного снижения экспрессии двух из трех мутантных белков, трансфицированных в HEK клетки, и снижение уровней всех трех мутантных белков, локализующихся на клеточной поверхности, предоставили доказательства, что идентифицированные missense мутации в SLC4A11 оказывают негативное влияние на экспрессию и локализацию белка [9]. Однако, как было признано авт., идентифицированные гетерозиготы по мутации SLC4A11 являются причиной FECD, указывая, что родители индивидов с CHED2, гетерозиготные по мутациям, которые у их затронутых потомков вызывают FECD. Отсутствие клинических признаков FECD у родителей индивидов с CHED2, которых они описали ранее, приписывается авт. тому фактору, что родители были еще недостаточно стары, чтобы демонстрировать клинические признаки FECD [9].

В последующей серии из 192 индивидов со спорадическими FECD и небольшими ядерными семьями с FECD, Riazuddin с колл. идентифицировали 7 дополнительных гетерозиготных мутаций миссенс SLC4A11, которые они рассматривали как причину FECD, исходя из их отсутствия в контрольных хромосомах и при биохимических исследованиях, продемонстрировавших ассоциированные нарушения внутриклеточной локализации и/или посттрансляционные модификации белка [10]. Однако сегрегация была продемонстрирована только для одного из 7 вариантов в небольшой родословной (два затронутых, два не затронутых и один неясный индивид) [10].

Несмотря на доказательства в этих двух публикациях, подтверждающих роль мутаций SLC4A11 в небольшом числе случаев FECD, необходимы дополнительные доказательства, чтобы убедительно продемонстрировать патогенетическую роль SLC4A11 в FECD. FECD был картирован во многих хромосомных локусах, но никогда в SLC4A11 локусе на хромосоме 20, это говорит против роли SLC4A11 в FECD [4, 57]. Предположение, что он играет роль, является спекуляцией, что идентифицированные SLC4A11 гетерозиготы по missense мутациям могут приводить к FECD за счет доминантного негативного эффекта, не согласуется с предполагаемым патогенетическим механизмом гаплонедостаточности, вызываемой гетерозиготной мутацией сдвига рамки считывания [9]. Поскольку авт. не определили приводит ли мутация сдвига рамки считывания к образованию укороченного белка или nonsense вызывает распад мРНК до продукции белка, остается неясным, в самом ли деле этот вариант ведёт к гаплонедостаточности по SLC4A11 [9]. Кроме того, только одна из 11 SLC4A11 мутаций, идентифицированных у индивидов с FECD, как было установлено, сегрегирует с измененным фенотипом в семье, в которой она идентифицирована. Принимая во внимание предполагаемый доминантный негативный эффект идентифицированных миссенс мутаций, сегрегация должна демонстрироваться в затронутой родословной, учитывая, что, по крайней мере, 50% индивидов с FECD имеют семейную историю [48]. Кроме того, клинические признаки FECD д. присутствовать у родителей и/или бабушек и дедушек (после 50 лет, средний возраст начала FECD) индивидов с CHED2, это д. приводить к увеличению преобладания FECD в популяции и в необходимости трансплантаций роговицы [58]. Однако, FECD не являются широко распространенным в странах, где преобладают CHED2, и имеется невысокий показатель трансплантаций роговицы в таких странах. Из 136 CHED2 пробандов, у которых проводился скрининг на SLC4A11, 119 были из Индии и 9 из Саудовской Аравии, остальные 8 из Бельгии и США (Table 1). Два крупных исследования проверяли показатели для тысяч трансплантаций роговицы в Сев. и Южной Индии установили, что лишь приблизительно 1% трансплантаций роговицы был осуществлен по поводу FECD [59, 60]. В Саудовской Аравии, два крупных исследования, в каждом тысячи, осуществленных в Королевстве, обнаружили, что только 0.6-2.2% осуществлены в случае FECD [61, 62]. Т.о., FECD имеет очень низкий показатель в отношении трансплантаций роговицы в странах, где наиболее распространены CHED2. Это ставит вопрос, являются ли гетерозиготные SLC4A11 мутации, присутствующие у всех родителей индивидов с CHED2, причиной FECD, т.к. при этом следовало ожидать высокое преобладание FECD в популяции и более значительные количества затронутых индивидов, нуждающихся в трансплантациях роговицы, чем наблюдается на самом деле. Одним из объяснений такого очевидного противоречия является то, что определенные миссенс варианты SLC4A11 являются патогенными в гетерозиготном состоянии (м вызывают FECD), тогда как др. missense варианты патогенны в только в компаундных гетерозиготах или гомозиготах (и поэтому вызывают CHED2), необходимо убедительно продемонстрировать лежащие в основе механизмы, прежде чем такое объяснение получит всеобщее признание.

ZEB1 (TCF8)

Учитывая идентификацию патогенных ZEB1 мутаций сдвига рамки считывания при PPCD, Mehta с колл. осуществили скрининг ZEB1 у 74 FECD пробандов (8 семейных и 66 спорадических случаев). Т.к. идентифицированы только два варианта кодирующей области, один из которых оказался synonymous заменой (члены семьи блыи недоступны для определения сегрегации), исследователи пришли к выводу, что ZEB1 не играет существенной роли в FECD [11]. Однако спустя 2 года Riazuddin с колл. сообщили о 5 предположительно причинных ZEB1 missense мутациях у 7 из 384 неродственных индивидов с FECD [12]. Т.к. 6 из 7 вариантов были спорадическими, то сегрегационный анализ был невозможен. Однако миссенс мутация была идентифицирована в семье, в которая была доступна для скрининга. Т.к. вариант был идентифицирован только у 7/12 затронутых индивидов, исследователи осуществили азбучный GWAS, который оказался неспособным предоставить доказательства сцепления до тех пор, пока он не был повторен, исходя из предположения, что все затронутые индивиды, которые не демонстрируют мутации, обладают мутацией где-то в др. месте генома [12]. Используя эту кондиционную модель, исследователи идентифицировали предполагаемое сцепление с 9p. Генотипирование маркеров в 9p локусе выявило два с LOD score более 3, и тогда авт. обозначили его как 4-й локус для FECD (FCD4) [12].

TCF4 (E2-2)

В 2010, Baratz с колл. опубликовали результаты GWAS для FECD, при этом была отмечена достоверная ассоциация между интронным SNP (rs613872) в TCF4 и FECD как в discovery, так и replication когортах [4]. Хотя анализ гаплотипов в локусе TCF4 выявил, что 4 SNPs были независимо ассоциированы с FECD, значение SNPs для FECD остается неясным, поскольку нет вариантов кодирующего региона TCF4, ассоциированных с FECD [4]. E2-2, белок, кодируемый TCF4, является helix-loop-helix транскрипционным фактором, который регулирует клеточный рост и дифференцировку [4, 63]. Подобно ZEB1, E2-2 экспрессируется в эндотелии роговицы и репрессирует экспрессию E-cadherin, следовательно, играет важную роль в EMT [4, 24]. Поскольку E2-2 регулирует экспрессию ZEB1, Baratz с колл. предположили, что идентифицированные варианты TCF4 могут менять функцию E2-2, нарушая тем самым экспрессию ZEB1, подобно предположенному эффект от миссенс ZEB1 мутаций [4].

Ассоциация интронного SNP (rs613872) в TCF4 и FECD была воспроизведена некоторыми др. исследователями ассоциаций и сцепления [57, 64-66]. Однако поскольку минорный аллель rs613872 не сегрегировал с мутантным состоянием в трех семьях, ранее картированных на FCD2 локус, то исследователи пришли к заключению, что генетические основы FCD2 не зависят от rs613872, который может быть только добавкой к др. более редким аллелям в FCD2 локусе, который участвует в патогенезе FECD [57, 64]. Недавно Wieben с колл. описали расширение некодирующего тринуклеотидного повтора в TCF4, который строго ассоциировал с FECD [67]. Более чем 50 тринуклеотидных повторов было идентифицировано в 52 из 66 (79%) FECD случаев и в 2 изf 63 (3%) в контроле, это указывает на чувствительность и специфичность 79 и 96%, соотв. Т.к. идентифицированные TGC повторы оказались более специфическими для FECD, чем SNP rs613872, то исследователи пришли к выводу, что это подтверждает, что FECD болезнью увеличения тринуклеотидов, ассоциированным с некодирующими тринуклеотидными повторами, как в случае Friedreich's атаксии, миотонической дистрофии типа 1 и синдрома ломкой Х.

Genetics of the corneal endothelial dystrophies: an evidence-based review A J Aldave, J Han, R F Frausto Clinical Genetics Volume 84, Issue 2, pages 109–119, August 2013

Genetics of the corneal endothelial dystrophies: an evidence-based review
A J Aldave, J Han, R F Frausto
Clinical Genetics Volume 84, Issue 2, pages 109–119, August 2013