Глава 7. Порушення обміну сірковмісних амінокислот і остеопороз ю.Б. Гречаніна, о.Я.Гречаніна, в.В. М’ясоєдов, в.А. Гусар
В останні роки значний інтерес викликає гомоцистинурія (ГЦУ) - генетично детерміноване порушення обміну сірковмісної амінокислоти метіоніну, що обумовлена генетичним блоком ферменту цистатіонін-бета-синтази (CBS). Ген ГЦУ картовано на довгому плечі хромосоми 21 (21q 21-22.1). Спочатку вважалося, що недостатність цистатіонін бета-синтази (CBS) - є найчастішим порушенням обміну сірковмісних амінокислот, що призводить до серцево-судинної, неврологічної патології [1,2,5,7,8,10,16,24] та дефектів закриття нервової трубки [14, 27-36].
Метіонін – незамінна амінокислота, що потрапляє в організм людини з їжею. У процесі перетворення метіоніну існують три шляхи: трансамінування, транссульфатування і реметилювання. Кожні біохімічні реакції в організмі людини здійснюються в певних циклах. Метіонін проходить своє перетворення в так званому фолатному циклі. Прямий шлях перетворення метіоніну в організмі людини – так зване транссульфатування (рис. 1).
Рис. 1. Транссульфатування і реметилювання метіоніна
На цьому шляху метіонін перетворюється, втрачаючи білок, у безбілкову велику молекулу гомоцистеїн, який за участі фермента цистатіонін-бета-синтази та кофактора - вітаміну В6 перетворюється в цистин.
Розщеплення гомоцистеїна в цистеїн каталізується за допомогою вітаміну В6-залежних ферментів CBS і цистатіонази (СТН). Потім цистеїн знову катаболізує цистеїнсульфінат (попередник амінокислотного таурина, компонент жовчних кислот) у сульфіт, що окислюється в сульфат за допомогою молібден-утримуючого ферменту сульфітоксидази та екскретує із сечею [3,6].
Описана значна кількість мутацій гена CBS. Серед ірландських пацієнтів у більшості випадків виявлена мутація G307S. Ця мутація знижує активність і рівень піридоксин-чутливості й властива класичній формі гомоцистинурії, що при неонатальному скринінгу проявляється високим рівнем метіоніну. У Норвегії і Північній Європі виявляються мутації 1278Т та R266K як переважні, й вони асоційовані з високим ступенем піридоксин-чутливості. Серед афро-американського населення спостерігається тільки один алель Т350М, асоційований з низьким рівнем піридоксин-чутливості [2].
Порушення шляху перетворення метіоніну внаслідок генетичного блоку фермента та/або недостатності кофактора В6 призводить до виникнення метаболічного захворювання, яке має назву - класична гомоцистинурія (рис.2).
Рис.2. Гомоцистинурія
Другий шлях перетворення метіоніну – трансамінування. Він здійснюється завдяки ферменту метіонінаденозілтрансферази (МАТ), яка перетворює метіонін в S-аденозілметіонін, що є найважливішим донором метильних груп при клітинному метаболізмі. Він забезпечує синтез холіну, креатину, адреналіну та ДНК-метилювання. Після реакції метилювання залишається S-аденозілметіонін, що гідролізується в гомоцистеїн. Синтез метіоніну здійснюється за участі вітаміну В12-(метилкобаламін) - залежного ферменту, що є основним учасником реметилювання гомоцистеїну в метіонін. Донором метильної групи в цій реакції є 5-метилтетрагідрофолат, що регенерується у фолатному циклі, втягуючи за собою 5, 10-метілентетрагідрофолалредуктазу (MTHFR) й інші ферменти. Метіонін також може регенерувати за допомогою бетаїн-гомоцистеїн-метілтрансферази (бетаїн - донор метильних груп) [37, 38].
Цей шлях і є третім шляхом перетворення метіоніну. Він має назву - реметилювання гомоцистеїну. Біологічне значення цього шляху вкрай важливе: завдяки існуванню системи реметилювання гомоцистеїн залишається в судинах дуже короткий термін і не порушує ендотелій судин. Для здійснення процесу реметилювання потрібні ферменти – метилентетрагідрофолатредуктаза (MTHFR), метіонін синтаза-редуктаза (MTRR) та інші. Кофакторами у цій реакції виступають вітаміни В9 (фолієва кислота), В12 (метілкобаламін) та бетаїн.
Сірковмісна амінокислота гомоцистеїн має відношення до розвитку оксидативного стресу, токсичного впливу на ендотелій судин і як результат – до розвитку тромбофілій [21-23].
Недостатність ферментів MTHFR та MTRR, як і недостатність всмоктування вітамінів (В6, В9, В12) найчастіші причини гіпергомоцистеінемії [13, 20-23]. Недостатність активності вказаних ферментів зумовлюють поліморфні варіанти генів MTHFR – C677T, A1298C та MTRR – A66G.
Ми провели вивчення генотипів і частот алелей MTHFR (C677T, A1298C, G1793A); MTRR (A66G) і RFC-1 (G80A). В Україні це дослідження є першою роботою, яка присвячена опису частот поліморфних алелей і генів, що регулюють метаболізм фолатів в українській популяції. Розподіли частот поліморфізмів MTHFR (C677T, A1298C, G1793A); MTRR (A66G) і RFC-1 (G80A) відображені в таблиці 1, що також включає порівняльні дані, отримані при дослідженні євреїв-ашкеназі, афро-американців, європейців та іспанців.
Таблиця 1
Генотипи і частоти розподілу алелей
генів MTHFR (C677T, A1298C, G1793A); MTRR (A66G); RFC-1 (G80A)
|
Українці |
Євреї ашкеназі* |
Афро -американці * |
Європеоїди* |
Іспанці * |
MTHFR C677T |
N = 199 |
n = 155 |
N = 97 |
N = 159 |
n = 96 |
Гомозигота |
7.04% (n = 14) |
26.5% (n = 41) |
1.0% (n = 1) |
11.3% (n = 18) |
26.0% (n = 25) |
Гетерозигота |
40.7% (n = 81) |
42.6% (n = 66) |
21.6% (n = 21) |
42.8% (n = 68) |
43.8% (n = 42) |
Норма |
52.26% (n = 104) |
31.0% (n = 48) |
77.3% (n = 75) |
45.9% (n = 73) |
30.2% (n = 29) |
Частота алеля |
27.39% (109/398) |
47.7% (148/310) |
11.9% (n = 23/194) |
32.7% (104/318) |
47.9% (92/192) |
MTHFR A1298C |
N = 200 |
n = 149 |
N = 97 |
N = 159 |
n = 96 |
Гомозигота |
8.5% (n = 17) |
8.1% (n = 12) |
2.1% (n = 2) |
8.8% (n = 14) |
4.2% (n = 4) |
Гетерозигота |
39.5% (n = 79) |
38.3% (n = 57) |
26.8% (n = 26) |
47.2% (n = 75) |
27.1% (n = 26) |
Норма |
52.0% (n = 104) |
53.7% (n = 80) |
71.1% (n = 69) |
44.0% (n = 70) |
68.8% (n = 66) |
Частота алеля |
28.25% (113/400) |
27.2% (81/298) |
15.5% (30/194) |
32.4% (103/318) |
17.7% (34/192) |
MTHFR G1793A |
N = 195 |
n = 117 |
N = 97 |
N = 159 |
n = 95 |
Гомозигота |
0.0% (n = 0) |
0.0% (n = 0) |
0.0% (n = 0) |
0.6% (n = 1) |
0.0% (n = 0) |
Гетерозигота |
4.62% (n = 9) |
2.6% (n = 3) |
6.2% (n = 6) |
12.6% (n = 20) |
11.6% (n = 11) |
Норма |
95.38% (n = 186) |
97.4% (n = 114) |
93.8% (n = 91) |
86.8% ( n = 138) |
88.4% (n = 84) |
Частота алеля |
2.31% (9/390) |
1.3% (3/234) |
3.1% (6/194) |
6.9% (22/318) |
5.8% (11/190) |
MTRR A66G |
N = 200 |
n = 123 |
N = 97 |
N = 159 |
n = 96 |
Гомозигота |
35.5% (n = 71) |
19.5% (n = 24) |
10.3% (n = 10) |
29.6% (n = 47) |
7.3% (n = 7) |
Гетерозигота |
43.0% (n = 86) |
47.2% (n = 58) |
47.4% (n = 46) |
49.7% (n = 79) |
42.7% (n = 41) |
Норма |
21.5% (n = 43) |
33.3% (n = 41) |
42.3% (n = 41) |
20.8% (n = 33) |
50.0% (n = 48) |
Частота аллеля |
57.0% (228/400) |
43.1% (106/246) |
34.0% (66/194) |
54.4% (173/318) |
28.6% (55/192) |
RFC-1 G80A |
N = 190 |
n = 122 |
N = 101 |
N = 131 |
n = 108 |
Гомозигота |
38.42% (n = 73) |
28.7% (n = 35) |
20.8% (n = 21) |
29.0% (n = 38) |
26.0% (n = 30) |
Гетерозигота |
43.16% (n = 82) |
45.9% (n = 56) |
45.5% ( n = 46) |
47.3% (n = 62) |
43.8% (n = 54) |
Норма |
18.42% (n = 35) |
25.4% (n = 31) |
33.7% (n = 34) |
23.7% (n = 31) |
30.2% (n = 24) |
Частота алеля |
40.0% (152/380) |
48.4% (118/244) |
56.4% (114/202) |
47.3% (124/262) |
47.2% (102/216) |
Як видно з таблиці, поширеність індивідуумів гомозиготних по алелю C677T MTHFR виявилося більш низькою серед української популяції (7,04%), ніж серед євреїв ашкеназі (26,5%, < 0,0001) й іспанців (26,0%, p < 0,0001), і вище, ніж в афро-американців (1,0%, p < 0,0001).
Частота алелю C677T була також більш низькою в українській популяції (27.4%), ніж в популяції євреїв ашкеназі (47.7%, p < 0.0001) та в іспанській популяції (47.9%, p < 0.0001), і вище, ніж в афро-американців (11.9%, p < 0.0001). Частота алелю 1298C виявилась більш високою серед українців (28.25%) у порівнянні з афро-американцями (p = 0.0001) й іспанцями (p = 0,006). Проте частота алелю 1298C в українській популяції істотно не відрізнялася від аналогічної в популяції євреїв ашкеназі й європеоїдів. Частота мутантного алелю MTHFR 1793A була більш низькою серед українців (2.31%), ніж в європеоїдів (6.9%, p = 0.005) й іспанців (5.8%, p = 0.049). За даними проаналізованої вибірки (N-199) гомозиготність по алелю 1793A в українській популяції не спостерігалася.
Поширеність гомозиготності за алелем MTRR 66G була найвищою серед українців (35.5%) у порівнянні з 19.5% у євреїв ашкеназі (p < 0.0001), 10.3% в афроамериканців (p < 0.0001) і 7.3% в іспанців (p < 0.0001). Частота алелю MTRR 66G виявилася також найвищою серед українців (57.0%) у порівнянні з євреями ашкеназі (p < 0.0001), афро-американцями (p < 0.0001) та іспанцями (p < 0.0001). З цього витікає, що в Україні існує високий ризик гомозиготизації за алелем MTRR 66G та очікуваною є форма гомоцистинурії, що обумовлена такою мутацією.
Гомозиготність за алелем RFC-1 80A в українській популяції (38.42%) була значно вищою, ніж в афро-американській популяції (20.8%, p = 0.002). Крім того, частота цього алелю для української популяції виявилася нижчою у порівнянні з євреями ашкеназі (p = 0.047) і афро-американцями (p < 0.0001).
Нами вивчено розподіл гетерозигот за MTHFR (C677T, A1298C, G1798A); MTRR (A66G) і RFC-1 (G80A), оскільки відомо, що взаємодії між двома й більш генами, які кодують білки та беруть участь у метаболізмі гомоцистеїна, формують негативні ефекти поліморфізму. Було зареєстровано розподіл структури гетерозиготності двох, трьох, чотирьох і п'яти алелей MTHFR, MTRR, RFC-1 та порівняно з попередніми дослідженнями. Комбінації виявленої складної гетерозиготності для поліморфізмів за двома алелями MTHFR, MTRR і RFC-1 представлені у таблиці 2. В українській популяції спостерігалися всі можливі комбінації складної гетерозиготності. Серед українських зразків не виявлено жодного випадку подвійної гетерозиготності за MTHFR C677T / A1298C або MTHFR C677T / G1793A. Крім того, у нашому дослідженні також не було виявлено гомозиготності за поліморфним варіантом C677T і гетерозиготності за поліморфними варіантами A1298C і G1793A.
Таблиця 2
Розподіл гетерозиготних компаундів алелей
MTHFR (C677T, A1298C, G1793A); MTRR (A66G); RFC-1 (G80A)
|
MTHFR C677T, MTHFR A1298C |
MTHFR C677T, MTHFR G1793A |
MTHFR C677T, MTRR A66G |
MTHFR C677T, RFC-1 G80A |
MTHFR A1298C, MTHFR G1793A |
Українці |
12.56% (23/199) |
1.54% (3/195) |
20.10% (40/199) |
20.0% (38/190) |
4.1% (8/195) |
Афро -американці * |
4.1% (4/97) |
0.0% (0/97) |
7.2% (7/97) |
X |
5.2% (5/97) |
Європейці ** |
22.6% (36/159) |
5.0% (8/159) |
20.1% (32/159) |
X |
10.1% (16/159) |
Іспанці * |
14.6% (14/96) |
5.3% (5/95) |
18.8% (18/96) |
X |
9.5% (9/95) |
Євреї ашкеназі* |
2.3% (33/148) |
0.0% (0/116) |
21.5% (26/121) |
X |
0.9% (1/117) |
|
|
|
|
|
|
|
MTHFR A1298C, MTRR A66G |
MTHFR A1298C, RFC-1 G80A |
MTHFR G1798A, MTRR A66G |
MTHFR G1793A, RFC-1 G80A |
MTRR A66G, RFC-1 G80A |
Українці |
20.0% (40/200) |
20.0% (38/190) |
1.54% (3/195) |
2.13% (4/188) |
16.84% (32/190) |
Афро -американці * |
15.5% (15/97) |
X |
3.1% (3/97) |
X |
X |
Європейці ** |
22.6% (36/159) |
X |
6.9% (11/159) |
X |
X |
Іспанці * |
12.5% (12/96) |
X |
8.4% (8/95) |
X |
X |
Євреї ашкеназі* |
26.8% (33/123) |
X |
0.0% (0/107) |
X |
X |
* [1]