Пигментная ксеродерма (ХР)

Болезни, связанные с нарушением системы NER

Система эксцизионной репарации нуклеотидов, как мы уже отмечали, была подробно изучена благодаря обнаружению у человека связанных с ней генетических заболеваний. Клинические и клеточные дефекты ХР, CS и TTD были многократно описаны в различных обзорах и мы позволим себе остановиться на них достаточно коротко.

Само название – ксеродерма – было введено в медицинский обиход Гебра и Капоши в 1870 году на основе их клинических наблюдений. Определение "пигментная" было добавлено позже, в 1883 году тем же Капоши. Больные ХР имеют крайне выраженную чувствительность кожи к солнечному свету и большую частоту различных кожных изменений, таких как веснушки, изменения пигментации, сухость, кожные рубцы и множественные кожные раки, включая меланомы и карциномы. Причем средний возраст появления первой опухоли у больных ХР) – 8 лет (исследовано 186 случаев в США), в отличие от больных с подобными же опухолями, но без ХР, у которых первая опухоль появляется приблизительно в 50 лет (данные по 29 757 описанным случаям). В том же 1883 году Альберт Нейсер описал у части пациентов неврологические нарушения, которые могли быть объяснены как результат ранней гибели нейронов. В частности, один из возможных синдромов, при котором сочетаются клинические признаки пигментной ксеродермы с неврологическими нарушениями, был описан де Сантисом и Каччионе и получил соответствующее название в медицинской литературе. Таким образом, надо отметить, что неврологические нарушения достаточно часто сопровождают ХР (примерно 20 процентов всех описанных больных). Ткани глаза, такие как роговица, хрусталик и сетчатка особенно часто бывают повреждены, поскольку они постоянно подвергаются воздействиюх УФ-лучей. Из 337 описанных больных только у 9 не оказалось офтальмологической патологии. Также резко повышена вероятность появления карцином слизистой оболочки рта – в 20 000 раз по сравнению со средними значениями в популяции. Есть сообщения о нарушениях иммунной системы. Это подтверждается и случаями, когда ХР сопровождается нарушениями в костном мозге, что может отражать повышенную чувствительность клеток гемопоэтического ряда к эндогенным ДНК-повреждающим агентам. ХР распространена во всем мире, но ее частота различна в разных странах – например, в Европе и США эта цифра приблизительно составляет 1 случай на 250 000, а в Японии – 1 на 40 000. В охватывающем 830 описанных клинически с 1874 по 1982 год случаев обзоре у большей части части пациентов болезнь была диагносцирована в 12 лет, приблизительно равное число случаев у мужчин и женщин. Причем кожные проявления, такие как веснушки чувствительность к солнечному свету, отмечались уже с 1–2 лет. Родственные браки родителей отмечены приблизительно у 30 процентов больных. Во всех известных случаях болезнь передается как наследственной рецессивное аутосомное заболевание.

Клинические и клеточные нарушения могут быть самой различной силы тяжести. Клеточные исследования показывают, что культивируемые фибробласты, лимфоциты и кератиноциты ХР больных являются гиперчувствительными по критериям выживаемости и мутагенеза к воздействию УФ-лучей и химических мутагенов и канцерогенов, образующих с ДНК прочные соединения. Они обычно сохраняют нормальную чувствительность к ионизирующей радиации, алкилирующим агентам и химическим веществам, вызывающим повреждения, которые могут быть отрепараированы системой BER.

Методом слияния с различнми мутантными клеточными линиями были описаны 7 групп комплементации, то есть 7 различных типов этого заболевания. Эти формы имеет большие различия как по клиническим проявлениям, так и по репарационной способности на клеточном уровне. Кроме этого, были описаны больные (приблизительно 20 %) у которых не удалось обнаружить дефекта NER на клеточном уровне. Эта форма заболевания была названа ХР-вариант, XPV. Остановимся поподробнее на молекулярных дефектах, описанных у различных групп комплементации ХР. Различные группы комплементации также встречаются в разных странах с различной частотой.

Группа ХРА. Эта группа чаще всего встречается в Японии. Клетки в культуре показывают крайнюю чувствительность к ультрафиолетовым лучам, внеплановый синтез ДНК сотавляет 2–5 процентов от нормы. Продукт гена ХРА имеет два цинковых пальца и является ДНК-связывающимся белком, причем эта способность к связываю резко – в 1000 раз! – повышается в клетках, облученных ультрафиолетом. Этот белок локализован в ядре; с помощью сайт-направленного мутагенеза было показано, что для эксцизионной репарации небходим С-конец и один из цинковых пальцев, тогда как N-конец такой роли не играет. Также было показано, что белок ХРА взаимодействует с продуктом гена ERCC1. Это подтверждает, что ХРА белок может направлять комплекс ERCC1/XPF к поврежденному участку ДНК. В Японии 80 % больных имеют одну и ту же мутацию, находящуюся в акцепторном сайте сплайсинга третьего интрона. Это приводит к изменению рамки считывания и полностью инактивирует белок. Люди, гомозиготные по данной мутации имеют очень тяжелые симптомы заболевания.

Группа ХРВ. Это очень немногочисленная группа больных, совмещающая в себе признаки пигментной ксеродермы и синдрома Коккейна. Характеризуется крайне тяжелым течением заболевания и ярко выраженными дефектами на клеточном уровне. Внеплановый синтез ДНК составляет 3–7 % от нормы. Продуктом гена ХРВ (ERCC3) является субъединица TFIIH – фактора транскрипции РНК-полимеразы II – размером 89 КД, имеющая несколько различных активностей, в том числе АТФ-зависимую геликазную активность. Для этого белка найдены и описаны гомологи у дрожжей. Мутации в этом гене могут быть различными. У первого описанного больного, имевшего очень тяжелые признаки одновременно ХР и CS, выявлен дефект сплайсинга последнего интрона, из-за чего весь С-конец выпадает из рамки считывания. Два брата из второй семьи, у которых признаки обоих заболеваний были более сглажены, имели простую миссенс мутацию T-C, с заменой Phe на Ser в положении 99.

Группа ХРС. Это одна из самых распространенных групп комплиментации пигментной ксеродермы. Болезнь протекает по классическому типу с разной степенью выраженности симптомов. На клеточном уровне показана чувствительность к УФ-облучению, но несколько меньшая, чем в группах А и В. Уровень внепланового синтеза ДНК составляет 5-20 % от нормы. Белок ХРС участвует в распознавании повреждений.

Группа ХPD. Эта группа характеризуется тем, что пациенты имеют тяжелые неврологические симптомы, а у двух больных есть одновременно признаки XP и CS. К тому же в последнее время было установлено, что ряд больных TTD (тиотриходистрофией) имеют мутации в том же гене – ХРD. Как и ген ХРВ, он кодирует одну из субъединиц фактора транскрипции TFIIН, размером приблизительно 87 КД. Белок RAD3/rad15/XPD имеет семь доменов, что типично для ДНК-геликаз. RAD3 и XPD белки имеют АТФ-зависимую ДНК-ДНК и ДНК-РНК геликазную активность и действуют в направлении 5' к 3' той нити, вдоль которой они перемещаются, то есть в направлении противоположном действию RAD25/XPB. Естественно было поставить вопрос о том, могут ли быть связаны столь различные симптомы, как при ХР, XP/CS и TTD с различной локализацией мутаций в гене XPD. К сожалению, почти все определенные мутации в клетках больных были локализованы в С-конце белка, вне зависимости от внешних признаков заболевания. Было невозможно ясно разделить «ХР-область» и «TTD-область». При этом идентичные мутации не были найдены одновременно у больных с ХР и TTD симптомами. ХР всегда считалась результатом нарушений эксцизионной репарации. Столь отличные признаки тиотриходистрофии (ломкость волос, связанная с недостаточностью обмена серы, задержка умственного и физического развития, чешуйчатая кожа и необычное лицо) были просто удивительны. Недавнее открытие, что продукты всех трех генов, дефекты в которых приводят к этому заболеванию – XPB, XPD и TTDA – являются субъединицами транскрипционного фактора TFIIH, приводят нас к выводу, что симптомы TTD являются не результатом дефекта эксцизионной репарации ДНК, но небольшим дефектом транскрипции, который и оказывает столь специфическое действие на развитие организма. К сожалению, остается непонятным, почему у больных TTD не развиваются дополнительно клинические признаки ХР. До сих пор ни один подобный больной не описан.

ХРЕ группа. Это группа больных с классическими признаками ксеродермы, достаточно мягко выраженной симптоматики. На клеточном уровне их чувствительность ниже, чем у других групп, а уровень внепланового синтеза ДНК достигает 40–50 % от нормы. Белок ХРЕ участвует в распознавании повреждений.

Группа ХРG. Это достаточно редко встречающаяся группа комплементации, с тяжелым протеканием болезни и неврологическими дефектами. На клеточном уровне показана промежуточная чувствительность между группами А и Е, уровень внепланового синтеза ДНК не превышает 2 процентов. ХРG белок имеет размер приблизительно в 134 кД, его дрожжевой гомолог – Rad2. Оба эти белка являются эндонуклеазами, вовлеченными в специфическую инцизию поврежденного участка во время эксцизионной репарации. Нуклеаза ХРG надрезает нить, содержащую свободный 3'-конец от вилки. Недавно были описаны два неродственных случая с типичными тяжелыми симптомами синдрома Коккейна, при которых биохимический дефект соответствовал ХРG группе, ранее не ассоциировавшейся с CS. Это расширяет наши представления о возможном пересечении дефектов XP и CS. Таким образом, сейчас уже 3 из 7 групп комплементации ХР могут иметь внешние признаки CS.

Группа ХРF. Это немногочисленная группа, описанная преимущественно в Японии (сейчас появились сообщения о выявлении подобных больных в Израиле). Пациенты имеют классическое проявление болезни, обычные дефекты на клеточном уровне и сохраняют примерно 20 процентов от нормального внепланового синтеза. Это также как и ХРG эндонуклеаза, но работающая в прочном комплексе с другим белком – ERCC1 (у дрожжей соответственно комплекс Rad1/Rad10). Этот нуклеазный комплекс действует в направлении противоположном XPG-эндонуклеазе. То есть эти две нитеспецифические нуклеазы способны надрезать ДНК с разных сторон от поврежденного основания, ERCC1/ERCC4(XPF) или Rad1/Rad10 надрезает ДНК со стороны 5', а XPG или Rad2 – со стороны 3'.

ХР-вариант. Как уже отмечалось, среди пациентов, имеющих характерные признаки пигментной ксеродермы, примерно 20 процентов не отличаются от нормы на клеточном уровне по признаку выживаемости клеток после ультрафиолетового облучения и сохраняют нормальный уровень внепланового синтеза ДНК. Пиримидиновые димеры в этих клетках удаляются с той же скоростью и эффективностью, как и в клетках здоровых доноров, это подтверждается нормальным уровнем исчезновения участков, чувствительных к эндонуклеазе, специфичной к пиримидиновым димерам. Сам термин ХР-вариант и был предложен специально для таких случаев, когда при внешних признаках болезни невозможно обнаружить дефектов в эксцизионной репарации ДНК. При этом клетки ХР-вариант показывают явную недостаточность репликации поврежденных участков ДНК. О молекулярном дефекте при этой группе комплементации мы поговорим позже.