Коллаген типа I, альфа 1

Белок млекопитающих обнаружен у человека

Коллаген типа I, альфа 1 , также известный как коллаген альфа-1 типа I , представляет собой белок , который у человека кодируется геном COL1A1 . COL1A1 кодирует основной компонент коллагена типа I , фибриллярного коллагена, обнаруженного в большинстве соединительных тканей , включая хрящи .

Функция

Коллаген — это белок, который укрепляет и поддерживает многие ткани организма, включая хрящи , кости , сухожилия , кожу и белую часть глаза ( склеру ) . Ген COL1A1 производит компонент коллагена I типа , называемый цепью про-альфа1(I). Эта цепь соединяется с другой цепью про-альфа1(I), а также с цепью про-альфа2(I) (продуцируемой геном COL1A2 ), образуя молекулу проколлагена I типа. Эти трехцепочечные, похожие на веревки молекулы проколлагена должны обрабатываться ферментами вне клетки. После обработки эти молекулы образуют длинные тонкие фибриллы, которые сшиваются друг с другом в пространстве вокруг клеток. Поперечные связи приводят к образованию очень прочных зрелых волокон коллагена I типа. Коллагеновая функция включает в себя жесткость и эластичность.

Ген

Ген COL1A1 расположен на длинном (q) плече хромосомы 17 между положениями 21,3 и 22,1, от пары оснований. 50 183 289 к паре оснований50 201 632 .

Клиническое значение

Мутации в гене COL1A1 связаны со следующими состояниями:

• Синдром Элерса-Данлоса, сосудистый тип : в редких случаях возникают специфические гетерозиготные мутации замены аргинина на цистеин в COL1A1 , которые также связаны с хрупкостью сосудов и имитируют COL3A1-vEDS.
• Синдром Элерса-Данлоса, тип артрохалазии : вызван мутациями в гене COL1A1 . Мутации в гене COL1A1 , вызывающие это заболевание, предписывают клетке исключить часть цепи про-альфа1(I), которая содержит сегмент, используемый для прикрепления одной молекулы к другой. Когда эта часть белка отсутствует, структура коллагена I типа нарушается. Это изменение затрагивает ткани, богатые коллагеном I типа, такие как кожа, кости и сухожилия. Тип IV Элерса-Данлоса чаще всего связан с аномалиями ретикулярных волокон (коллаген типа III).
• Синдром Элерса-Данлоса, классический тип . В редких случаях было показано, что мутация в гене COL1A1 вызывает классический тип синдрома Элерса-Данлоса. Эта мутация заменяет аминокислоту цистеин на аминокислоту аргинин в положении 134 в белке, созданном этим геном. (Мутацию также можно записать как Arg134Cys.) Измененный белок аномально взаимодействует с другими белками, образующими коллаген, нарушая структуру фибрилл коллагена I типа и захватывая коллаген в клетке. Исследователи полагают, что эти изменения в коллагене вызывают признаки и симптомы заболевания. Тип IV Элерса-Данлоса чаще всего связан с аномалиями ретикулярных волокон (коллаген типа III). Без гидроксилирования лизина ферментом лизилгидроксилазой окончательная структура коллагена не может сформироваться.
• Несовершенный остеогенез, тип I. Несовершенный остеогенез — наиболее распространенное заболевание, вызванное мутациями в этом гене. Мутации, которые инактивируют одну из двух копий гена COL1A1 , вызывают несовершенный остеогенез типа I. Мутированная копия гена не производит никаких цепей про-альфа1(I) коллагена. Поскольку только одна копия гена направляет клетку на создание цепочек про-альфа1(I), клетки людей с этим заболеванием производят только половину нормального количества коллагена I типа, что приводит к хрупкости костей и другим симптомам.
• Несовершенный остеогенез, тип II . Многие различные типы мутаций в гене COL1A1 могут вызвать несовершенный остеогенез типа II. Эти мутации варьируются от отсутствующих частей гена COL1A1 до аминокислотных замен, при которых аминокислота глицин заменяется другой аминокислотой в белковой цепи. Иногда один конец гена (называемый С-концом) изменяется, что мешает ассоциации белковых цепей. Все эти изменения препятствуют нормальному производству зрелого коллагена I типа, что приводит к тяжелому состоянию – несовершенному остеогенезу II типа.
• Несовершенный остеогенез, тип III : мутации в гене COL1A1 могут привести к выработке белка, в котором отсутствуют сегменты, что делает его непригодным для производства коллагена. Другие мутации приводят к замене аминокислоты глицин другой аминокислотой в цепи про-альфа1(I), что ингибирует необходимое взаимодействие между белковыми цепями. Производство коллагена I типа ингибируется из-за неспособности измененных нитей проколлагена связываться и образовывать трехцепочечную веревочную структуру зрелого коллагена. Эти изменения негативно влияют на ткани, богатые коллагеном I типа, такие как кожа, кости, зубы и сухожилия, что приводит к появлению признаков и симптомов несовершенного остеогенеза III типа.
• Несовершенный остеогенез, тип IV . Несколько различных типов мутаций в гене COL1A1 вызывают несовершенный остеогенез типа IV. Эти мутации могут включать недостающие части гена COL1A1 или изменения пар оснований (строительных блоков ДНК). Эти генные изменения приводят к тому, что в белке отсутствуют сегменты или имеются аминокислотные замены; в частности, аминокислота глицин заменена другой аминокислотой. Все эти изменения препятствуют образованию зрелой трехцепочечной молекулы коллагена и препятствуют выработке зрелого коллагена I типа, что приводит к несовершенному остеогенезу IV типа.
• Остеопороз : Остеопороз — это состояние, при котором кости становятся все более хрупкими и склонными к переломам. Особая вариация ( полиморфизм ) гена COL1A1 , по-видимому, увеличивает риск развития остеопороза . Показано , что специфическое изменение сайта связывания Sp1 связано с повышенным риском снижения костной массы и переломов позвонков из-за изменений, которые белок COL1A1 продуцирует из одной копии гена. Несколько исследований показали, что женщины с этой конкретной генетической вариацией в участке Sp1 с большей вероятностью будут иметь признаки остеопороза, чем женщины без этой вариации.
• Предрасположенность к грыжам . ^[5]
• Предрасположенность к дегенеративным заболеваниям дисков и грыжам дисков . ^[6]

Рекомендации

1. GRCh38: Версия Ensembl 89: ENSG00000108821 — Ensembl , май 2017 г.
2. GRCm38: выпуск Ensembl 89: ENSMUSG00000001506 — Ensembl , май 2017 г.
3. "Ссылка на Human PubMed:". Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США .
4. "Ссылка на Mouse PubMed:". Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США .
5. Сезер С., Шимшек Н., Челик Х.Т., Эрден Г., Озтюрк Г., Дюзгюн А.П., Чошкун Ф., Демиркан К. (2014). «Ассоциация полиморфизма гена коллагена типа I альфа 1 с паховой грыжей - PubMed». Грыжа: Журнал грыж и хирургии брюшной стенки . 18 (4): 507–12. дои : 10.1007/s10029-013-1147-y. PMID  23925543. S2CID  22999363.
6. Кавагути Ю (2018). «Генетическая основа остеохондроза поясничного отдела позвоночника». Хирургия позвоночника и связанные с ней исследования . 2 (2): 98–112. дои : 10.22603/ssrr.2017-0007. ПМК 6698496 . ПМИД  31440655. 

дальнейшее чтение

• Альварес-Эрнандес Д., Навес М., Диас-Лопес Х.Б., Гомес С., Сантамария И., Канната-Андиа Х.Б. (2003). «Влияние полиморфизмов генов VDR и COLIA1 на риск остеопоротических переломов у пожилых мужчин». Почки Int Suppl . 63 (85): С14–8. дои : 10.1046/j.1523-1755.63.s85.5.x . ПМИД  12753258.
• Бу-Гариос Г., Понтикос М., Раджкумар В., Авраам Д. (2004). «Внеклеточный матрикс в сосудистых сетях». Пролиферация клеток . 37 (3): 207–20. дои : 10.1111/j.1365-2184.2004.00306.x. ПМК  6496925 . ПМИД  15144498.
• Чемберлен-младший, Шварце У., Ван П.Р., Хирата Р.К., Ханкенсон К.Д., Пейс Дж.М., Андервуд Р.А., Сонг К.М., Сассман М., Байерс П.Х., Рассел Д.В. (2004). «Нацеливание на гены в стволовых клетках людей с несовершенным остеогенезом». Наука . 303 (5661): 1198–201. Бибкод : 2004Sci...303.1198C. дои : 10.1126/science.1088757. PMID  14976317. S2CID  13212242.
• Форлино А., Марини Дж. К. (2000). «Несовершенный остеогенез: перспективы молекулярной терапии». Мол Генет Метаб . 71 (1–2): 225–32. дои : 10.1006/mgme.2000.3039. ПМИД  11001814.
• Карсентий Г., Парк RW (1995). «Регуляция экспрессии генов коллагена I типа». Int Rev Иммунол . 12 (2–4): 177–85. дои : 10.3109/08830189509056711. ПМИД  7650420.
• Грант С.Ф., Рид Д.М., Блейк Дж., Херд Р., Фогельман И., Ралстон С.Х. (1996). «Снижение плотности костей и остеопороз, связанные с полиморфным сайтом связывания Sp1 в гене коллагена типа I альфа 1». Нат. Жене . 14 (2): 203–05. дои : 10.1038/ng1096-203. PMID  8841196. S2CID  20896127.
• Кин Р.В., Вудфорд-Риченс К.Л., Грант С.Ф., Ралстон С.Х., Ланчбери Дж.С., Спектор Т.Д. (1999). «Связь полиморфизма локуса коллагена I типа (COL1A1) со сниженной минеральной плотностью кости, повышенным риском переломов и повышенным обменом коллагена». Ревмирующий артрит . 42 (2): 285–90. doi : 10.1002/1529-0131(199902)42:2<285::AID-ANR10>3.0.CO;2-3 . ПМИД  10025922.
• Кохер М.С., Шапиро Ф (1998). "Несовершенный остеогенез". J Am Acad Orthop Surg . 6 (4): 225–36. дои : 10.5435/00124635-199807000-00004. ПМИД  9682085.
• Манн В., Ралстон С.Х. (2003). «Метаанализ полиморфизма COL1A1 Sp1 в зависимости от минеральной плотности кости и переломов при остеопорозе». Кость . 32 (6): 711–7. дои : 10.1016/S8756-3282(03)00087-5. ПМИД  12810179.
• Нуйтинк Л., Фрейнд М., Лага Л., Пьерар Г.Е., Херманс-Ле Т., Де Паепе А. (2000). «Классический синдром Элерса-Данлоса, вызванный мутацией коллагена I типа». Ам Джей Хум Жене . 66 (4): 1398–402. дои : 10.1086/302859. ПМЦ  1288203 . ПМИД  10739762.
• Персиков А.В., Пиллиттери Р.Дж., Амин П., Шварце У., Байерс П.Х., Бродский Б. (2004). «Смещение, связанное со стабильностью остатков, заменяющих глицины в тройной спирали коллагена (Gly-Xaa-Yaa) при наследственных заболеваниях соединительной ткани». Хум Мутат . 24 (4): 330–7. дои : 10.1002/humu.20091 . PMID  15365990. S2CID  34854398.
• Ралстон С.Х. (2002). «Генетический контроль предрасположенности к остеопорозу». J Clin Эндокринол Метаб . 87 (6): 2460–6. дои : 10.1210/jc.87.6.2460 . ПМИД  12050200.
• Байерс П.Х., Уоллис Г.А., Уиллинг М.С. (1991). «Несовершенный остеогенез: перевод мутации в фенотип». Дж. Мед. Жене . 28 (7): 433–42. дои : 10.1136/jmg.28.7.433. ПМК  1016951 . ПМИД  1895312.
• Куиваниеми Х., Тромп Г., Проккоп DJ (1991). «Мутации в генах коллагена: причины редких и некоторых распространенных заболеваний у человека». ФАСЕБ Дж . 5 (7): 2052–60. дои : 10.1096/fasebj.5.7.2010058. PMID  2010058. S2CID  24461341.
• Куиваниеми Х., Тромп Г., Проккоп DJ (1997). «Мутации в фибриллярных коллагенах (типы I, II, III и XI), коллагене, связанном с фибриллами (тип IX) и коллагене, образующем сеть (тип X), вызывают спектр заболеваний костей, хрящей и кровеносных сосудов». Хм. Мутат . 9 (4): 300–15. doi : 10.1002/(SICI)1098-1004(1997)9:4<300::AID-HUMU2>3.0.CO;2-9 . PMID  9101290. S2CID  6890740.
• Россерт Дж., Терраз С., Дюпон С. (2001). «Регуляция экспрессии генов коллагена I типа». Нефрол. Набирать номер. Пересадка . 15 (Приложение 6): 66–8. дои : 10.1093/ndt/15.suppl_6.66 . ПМИД  11143996.

Внешние ссылки

• Запись GeneReviews/NCBI/NIH/UW о несовершенном остеогенезе
• Онлайн-менделевское наследование у человека (OMIM): 120150
• ЭнтрезГен 1277
• Генная карта COL1A1
• База данных мутаций человеческого коллагена I и III типов.
• Обзор всей структурной информации, доступной в PDB для UniProt : P02452 (цепь коллагена альфа-1(I)) в PDBe-KB .