Mutacje

Do tej pory w literaturze opisano ponad 350 mutacji będących przyczyną wystąpienia fenotypu laminopatii. Większość z nich dotyczy genu LMNA (dotyka prawie 20% sekwencji kodującej) kodującego laminy typu A/C. Analiza baz danych zawierających informacje na temat zidentyfikowanych mutacji wykazała, że 91% z nich ma charakter substytucji poszczególnych zasad azotowych, 5% delecji, pozostałe 4% stanowią duplikacje, insercje oraz indel.




Substytucje w genie LMNA są przyczyną ekspresji lamin ze zmienionymi punktowo resztami aminokwasowymi - 67% wszystkich obserwowanych zmian objawia się jako zmiany sensu, czyli podstawienie reszty aminokwasowej inną resztą, 4% wiąże się z wprowadzeniem kodonu STOP i w efekcie produkcją skróconej wersji białka. Delecje, insercje oraz indel powodują często zmiany otwartej ramki odczytu (4% wszystkich zmian). 13% wszystkich opisanych mutacji to tzw. mutacje ciche, nie zmieniające sekwencji białka. Mutacje mogą również powodować aktywację miejsc splajsingowych (na podstawie Human Intermediate Filament Database link1). Tego typu zmiany występują na przykład u pacjentów cierpiących na progerię typu Hutchinsona-Gilforda, u których wykryto mutację 1824C-T+1819-1968del. Efekt mutacji polega na konstytutywnym uaktywnieniu miejsca splajsingowego w eksonie 11 i produkcji krótszej o 50aa wersji białka zwanej progeryną lub LAΔ50, która nie jest trawiona przez proteazę ZMPSTE24/FACE1 i w związku z tym nie podlega ostatniemu etapowi modyfikacji w czasie dojrzewania. Nieprawidłowa lamina, poprzez utratę sekwencji rozpoznawanej przez proteazę ZMPSTE24, posiada na karboksylowym końcu farnezylowaną cysteinę i w związku z tym wykazuje zmienioną lokalizację, co jak się przypuszcza jest odpowiedzialne za wykształcenie fenotypu chorobowego.

Ponieważ laminy A i C powstają w procesie alternatywnego splajsingu genu LMNA są identyczne w sekwencji początkowych 566 reszt aminokwasowych i różnią się tylko fragmentem C-końcowym. Lamina C kodowana jest przez eksony 1-10. Lamina A powstaje w procesie różnicowego cięcia i składania mRNA poprzez dodanie eksonu 11 i 12 oraz usunięcie części eksonu 10. Większość mutacji chorobotwórczych dotyczy obu izoform. Do tej pory zidentyfikowano jedynie dwie mutacje specyficzne dla laminy C: R571S i R571C, powodują one odpowiednio idiopatyczną kardiomiopatię rozstrzeniowią oraz dystrofię mięśniową z neuropatią aksonalną. Mutacje w obrębie specyficznych dla laminy A eksonów 11 i 12 powodują różne typy laminopatii (CMD1A, FPLD2, EDMD, LGMD1B). Progeria typu Hutchinsona-Gilforda w większości przypadków wiąże się z laminą A.

Dostępne dane molekularne wskazują, że ogólnie najczęściej zmiany powodujące wystąpienie fenotypu chorobowego identyfikowane są w C-końcowej domenie ogonowej lamin. Analizując chorobotwórcze mutacje można dostrzec pewne korelacje pomiędzy rozmieszczeniem mutacji w obrębie genu oraz ich charakterem, a wywoływanym przez nie typem laminopatii. W przypadku dystrofii mięśniowej typu Emery-Dreifussa (EDMD) mutacje rozproszone są mniej więcej równomiernie wzdłuż genu LMNA i mają najczęściej charakter substytucji, rzadziej objawiają się przesunięciem otwartej ramki odczytu lub wprowadzeniem kodonu STOP. Dla idiopatycznej kardiomiopatii rozstrzeniowej (CMD1A) możemy zaobserwować większą liczbę zmian w obrębie α-helikalnej domeny centralnej. Obręczowo-kończynowa dystrofia typu B1 (LGMD1B) jest wywoływana zmianami występującymi w obrębie domeny Ig-fold oraz C-końcowej części domeny centralnej. Większość mutacji u pacjentów cierpiących na rodzinną lipodystrofię typu Dunningana (FPLD) identyfikuje się w obrębie domeny Ig-fold. Okazuje się, że zarówno mutacje powodujące dystrofie mięśniowe jak i lipodystrofie lokalizują się blisko siebie w obrębie tego konserwatywnego rejonu. Jednak podczas gdy u pacjentów z zanikiem mięśni powodują one zaburzenia prawidłowej struktury białka, u chorych z zanikiem tkanki tłuszczowej powodują stratę pozytywnego ładunku w efekcie podstawienia konkretnej reszty aminokwasowej np. R482W.

W przypadku pacjentów cierpiących na dysplazję żuchwowo-obojczykową (MAD), progerię Hutchinsona-Gilforda (HGPS) lub dermopatię restryktywną (RD) mutacje występują głównie w domenie ogonowej lamin.


Rysunek zawiera przykładowe mutacje chorobowe. Różne typy laminopatti zaznaczone są odmiennymi kolorami. Zastosowane skróty: EDMD - dystrofia mięśniowa typu Emery-Dreifussa (czarny), DCM - idiopatyczna kardiomiopatia rozstrzeniowa (czerwony), LGMD1B-obręczowo-kończynowa dystrofia typu B1 (fioletowy), FPLD - rodzinna dystrofia typu Dunningana (ciemno zielony), CMT2B1- choroba Charcot-Marie-Tooth 2B1(żółty), MAD - dysplazja żuchwowo (niebieski), HGPS - progeria Hutchinsona-Gilforda (pomarańczowy), AWS - atypowy syndrom Wernera (szaro-zielony), RD - dermopatia restryktywna (brązowy).


Zdecydowanie rzadziej, laminopatie są spowodowane zmianami w genach kodujących laminy typu B. Prawdopodobnie dlatego, iż konsekwencje wynikające z braku prawidłowo funkcjonujących form lamin tego typu są poważniejsze – efektem braku laminy B jest śmierć komórki. Pierwszym i jak dotąd jedynym opisanym typem choroby powiązanym z genem LMNB1 jest autosomalna dominująca leukodystrofia (ang. adult-onset autosomal dominant leukodystrophy, ADLD), charakteryzująca się fenotypem podobnym do objawów stwardnienia rozsianego (ang. multiple sclerosis, MS). Pacjenci dotknięci tym schorzeniem posiadają dodatkową kopię genu kodującego laminę B1, co powoduje podwyższenie poziomu ekspresji białka [Padiath i wsp., 2006 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16951681; OMIM 169500 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/omim/169500]. Z mutacjami w drugim ludzkim genie kodującym laminę typu B- LMNB2 wiąże się fenotyp syndromu Barraquera-Simonsa (ang. acquired partial lipodystrophy - APL, opisywana również jako syndrom Barraquera-Simonsa) [Hegele i wsp., 2006 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16826530, OMIM 608709 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/omim/608709].