Прогерия — это особый тип прогероидного синдрома , также известный как синдром Хатчинсона-Гилфорда или прогероидный синдром Хатчинсона-Гилфорда (HGPS). [8] За возникновение прогерии отвечает одна мутация гена. Ген, известный как ламин А (LMNA), производит белок, необходимый для удержания ядра клетки вместе. Когда этот ген мутирует, вырабатывается аномальная форма белка ламина А, называемая прогерином. Прогероидные синдромы — это группа заболеваний, которые заставляют людей стареть быстрее, чем обычно, в результате чего они кажутся старше, чем они есть на самом деле. Люди, рожденные с прогерией, обычно доживают до подросткового или двадцатилетнего возраста. [9] [10]
Тяжелые сердечно-сосудистые осложнения обычно развиваются в период полового созревания и впоследствии приводят к смерти.
Большинство детей с прогерией выглядят нормальными при рождении и в раннем младенчестве. [11] У детей с прогерией первые симптомы обычно появляются в течение первых нескольких месяцев жизни. Самые ранние симптомы могут включать задержку развития и локализованное склеродермоподобное состояние кожи. По мере того, как ребенок выходит из младенческого возраста, становятся очевидными дополнительные состояния, обычно примерно в возрасте 18–24 месяцев. Ограниченный рост, полная алопеция (выпадение волос) и характерный внешний вид (маленькое лицо с неглубокой, утопленной челюстью и зажатым носом) — все это характеристики прогерии. [5] Признаки и симптомы этого прогрессирующего заболевания, как правило, становятся более выраженными по мере взросления ребенка. Позже это заболевание вызывает морщинистую кожу, почечную недостаточность, потерю зрения, атеросклероз и другие сердечно-сосудистые проблемы. [12] Распространена склеродермия, уплотнение и уплотнение кожи на туловище и конечностях тела. Люди с диагнозом этого расстройства обычно имеют маленькие, хрупкие тела, как у пожилых людей. Голова обычно большая по отношению к телу, с узким морщинистым лицом и носом-клювом. Заметны выступающие вены на черепе (которые становятся более заметными из-за алопеции), а также выступающие глаза. Скелетно-мышечная дегенерация вызывает потерю жира и мышц, тугоподвижность суставов, вывих бедра и другие симптомы, обычно отсутствующие у непожилого населения. У людей обычно сохраняются типичные психические и двигательные функции. [ нужна цитата ]
Прогероидный синдром Хатчинсона-Гилфорда (HGPS) — чрезвычайно редкое аутосомно-доминантное генетическое заболевание , при котором симптомы, напоминающие аспекты старения, проявляются в раннем возрасте. [8] Его возникновение обычно является результатом спорадической мутации зародышевой линии ; хотя HGPS является генетически доминантным, люди редко доживают до того, чтобы иметь детей, что предотвращает передачу заболевания по наследству . [13]
HPGS вызван мутациями, которые ослабляют структуру ядра клетки, затрудняя нормальное деление клеток. Гистоновая метка H4K20me3 задействована и вызвана мутациями de novo , которые происходят в гене, кодирующем ламин А. Ламин А производится, но не обрабатывается должным образом. Эта плохая обработка создает аномальную морфологию ядра и дезорганизованный гетерохроматин . У пациентов также нет соответствующей репарации ДНК, и у них также наблюдается повышенная нестабильность генома. [14]
В нормальных условиях ген LMNA кодирует структурный белок, называемый преламином А, который подвергается ряду стадий обработки, прежде чем достичь своей окончательной формы, называемой ламином А. [15] Преламин А содержит «CAAX», где C представляет собой цистеин, A. алифатическую аминокислоту и X любую аминокислоту. Этот мотив на карбоксильных концах белков запускает три последовательные ферментативные модификации. Во-первых, протеин фарнезилтрансфераза катализирует присоединение фарнезильного фрагмента к цистеину. Во-вторых, эндопротеаза, которая распознает фарнезилированный белок, катализирует расщепление пептидной связи между цистеином и -aaX. На третьем этапе изопренилцистеинкарбоксилметилтрансфераза катализирует метилирование карбоксильного конца фарнезилцистеина. Фарнезилированный и метилированный белок транспортируется через ядерную пору внутрь ядра . Попав в ядро, белок расщепляется протеазой , называемой цинк-металлопептидазой STE24 ( ZMPSTE24 ), которая удаляет последние 15 аминокислот, включая фарнезилированный цистеин. После расщепления протеазой преламин А называется ламином А. В большинстве клеток млекопитающих ламин А вместе с ламином В1, ламином В2 и ламином С образует ядерную пластинку , которая обеспечивает форму и стабильность внутренней ядерной оболочки. конверт. [ нужна цитата ] До конца 20 века исследования прогерии давали очень мало информации об этом синдроме. В 2003 году было обнаружено, что причиной прогерии является точечная мутация в положении 1824 гена LMNA , которая заменяет цитозин на тимин. [16] Эта мутация создает 5'- криптический сайт сплайсинга в экзоне 11, что приводит к более короткому, чем обычно, транскрипту мРНК. Когда эта более короткая мРНК транслируется в белок, она производит аномальный вариант белка преламина А, называемый прогерином . Фарнезильную группу прогерина невозможно удалить, поскольку у прогерина отсутствует сайт расщепления ZMPSTE24, поэтому аномальный белок постоянно прикреплен к ядерному ободу. Одним из результатов является то, что ядерная пластинка не обеспечивает ядерной оболочке достаточной структурной поддержки, в результате чего она принимает аномальную форму. [17] Поскольку поддержка, которую обычно обеспечивает ядерная пластинка, необходима для организации хроматина во время митоза , ослабление ядерной пластинки ограничивает способность клетки делиться.[18] Однако дефектное деление клеток вряд ли является основным дефектом, приводящим к прогерии, особенно потому, что дети развиваются нормально без каких-либо признаков заболевания примерно до одного года. Фарнезилированные варианты преламина А также приводят к дефектной репарации ДНК, что может играть роль в развитии прогерии. [19] Экспрессия прогерина также приводит к дефектам установления полярности клеток фибробластов, что также наблюдается при физиологическом старении. [20]
На сегодняшний день известно более 1400 SNP гена LMNA . [21] Они могут проявляться в виде изменений мРНК, сплайсинга или аминокислотной последовательности белка (например, Arg471Cys, [22] Arg482Gln, [23] Arg527Leu, [24] Arg527Cys, [25] Ala529Val [26] ).
Прогерин также может играть роль в нормальном старении человека, поскольку его выработка активируется в типичных стареющих клетках. [18]
В отличие от других « болезней ускоренного старения » (таких как синдром Вернера , синдром Кокейна или пигментная ксеродермия ), прогерия не может быть напрямую вызвана дефектной репарацией ДНК . Каждое из этих заболеваний вызывает изменения в нескольких конкретных аспектах старения, но никогда не во всех аспектах сразу, поэтому их часто называют «сегментарными прогериями». [27]
В отчете журнала Nature за 2003 год [28] говорится, что прогерия может быть доминантным признаком de novo . Он развивается при делении клеток во вновь зародившейся зиготе или в гаметах одного из родителей. Это вызвано мутациями в гене LMNA ( белок ламин А ) на хромосоме 1 ; мутированная форма ламина А широко известна как прогерин. Одна из авторов, Лесли Гордон, была врачом и ничего не знала о прогерии, пока ее собственному сыну Сэму не поставили диагноз в 22 месяца. Гордон и ее муж, педиатр Скотт Бернс, основали Исследовательский фонд Прогерии. [29]
У подгруппы пациентов с прогерией с гетерозиготными мутациями LMNA наблюдается атипичная форма заболевания, при этом начальные симптомы не развиваются до позднего детства или раннего подросткового возраста. Эти пациенты имели более длительную продолжительность жизни, чем пациенты с прогерией с типичным началом. [11] Эта атипичная форма встречается крайне редко, причем проявления заболевания различаются у пациентов даже с одной и той же мутацией. [30] Общий фенотип атипичных случаев соответствует типичной прогерии, но другие факторы (тяжесть, начало и продолжительность жизни) различаются по проявлениям. [31]
Ламин А является основным компонентом белкового каркаса на внутреннем крае ядра, называемого ядерной пластинкой, который помогает организовать ядерные процессы, такие как синтез РНК и ДНК . [ нужна цитата ]
Преламин А содержит блок CAAX на С-конце белка (где С — цистеин , а А — любые алифатические аминокислоты ). Это гарантирует, что цистеин фарнезилируется, и позволяет преламину А связываться с мембранами , особенно с ядерной мембраной. После того как преламин А локализуется на ядерной мембране клетки, С-концевые аминокислоты, включая фарнезилированный цистеин, отщепляются специфической протеазой. Образующийся белок, теперь ламин А, больше не связан с мембраной и выполняет функции внутри ядра. [ нужна цитата ]
При HGPS сайт узнавания, необходимый ферменту для расщепления преламина А до ламина А, мутирован. Ламин А не может вырабатываться, а преламин А накапливается на ядерной мембране, вызывая характерное ядерное пузырение . [32] Это приводит к появлению симптомов прогерии, хотя связь между деформированным ядром и симптомами неизвестна.
Исследование, в котором сравнивались клетки пациентов HGPS с клетками кожи молодых и пожилых нормальных людей, обнаружило сходные дефекты в HGPS и клетках пожилых людей, включая снижение регуляции некоторых ядерных белков, повышенное повреждение ДНК и деметилирование гистонов , что приводит к снижению гетерохроматина . . [33] Нематоды на протяжении всей своей жизни демонстрируют прогрессивные изменения ламина, сравнимые с HGPS, во всех клетках, кроме нейронов и гамет . [34] Эти исследования показывают, что дефекты ламина А связаны с нормальным старением . [33] [35]
Присутствие прогерина также приводит к накоплению дисфункциональных митохондрий внутри клетки. Эти митохондрии характеризуются набухшей морфологией, вызванной конденсацией мтДНК и TFAM в митохондрии, что обусловлено тяжелой дисфункцией митохондрий (низкий мембранный потенциал митохондрий, низкая продукция АТФ , низкая дыхательная способность и высокая продукция АФК ). [36] [37] [38] Таким образом, они вносят существенный вклад в фенотип старения. Хотя объяснение такого накопления дефектных митохондрий в прогерии еще предстоит выяснить, было высказано предположение, что низкая экспрессия PGC1-α [36] [37] [39] (важная для биогенеза, поддержания и функции митохондрий ) наряду с низкой Уровень белка LAMP2 и количество лизосом (оба важны для митофагии : деградации дефектного пути митохондрий) [36] могут быть вовлечены.
Происходят изменения кожи, аномальный рост и выпадение волос. Эти симптомы обычно начинают проявляться в возрасте одного года. Генетический тест на мутации LMNA может подтвердить диагноз прогерии. [40] [41] До появления генетического теста ошибочный диагноз был обычным явлением. [41]
Другие синдромы со схожими симптомами (прогероидные синдромы, не связанные с ламинопатией ) включают: [42]
В ноябре 2020 года Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США одобрило лонафарниб , который помогает предотвратить накопление дефектного прогерина и подобных белков. [43] Клиническое исследование, проведенное в 2018 году, указывает на значительно более низкие показатели смертности – лечение только лонафарнибом по сравнению с отсутствием лечения (3,7% против 33,3%) – при медиане периода наблюдения после исследования 2,2 года. [44] Препарат, учитывая статус орфанного препарата и ваучер на приоритетное рассмотрение педиатрических заболеваний, принимается два раза в день в форме капсул и может стоить 650 000 долларов США в год, что делает его непомерно дорогим для подавляющего большинства семей. Неясно, как это будет покрыто медицинской страховкой в США. Общие побочные эффекты препарата включают «тошнота, рвота, диарея, инфекции, снижение аппетита и усталость». [13]
Другие варианты лечения направлены на уменьшение осложнений (таких как сердечно-сосудистые заболевания ) с помощью аортокоронарного шунтирования и низких доз ацетилсалициловой кислоты . [45]
Была предпринята попытка лечения гормоном роста . [46] Также были предприняты попытки использования морфолиносов на мышах и в клеточных культурах с целью снижения выработки прогерина. Использовали антисмысловые морфолиноолигонуклеотиды, специфически направленные против мутированного соединения экзон 11-экзон 12 в мутированных пре-мРНК. [47]
Был предложен тип противоракового препарата — ингибиторы фарнезилтрансферазы (ИФТ), но их использование в основном ограничивалось моделями на животных . [48] Клинические испытания фазы II с использованием лонафарниба FTI начались в мае 2007 года. [49] В исследованиях на клетках другой противораковый препарат, рапамицин , вызывал удаление прогерина из ядерной мембраны посредством аутофагии . [17] [50] Было доказано, что правастатин и золедронат являются эффективными препаратами, когда речь идет о блокировании продукции фарнезильной группы. [ нужна цитата ]
Ингибиторы фарнезилтрансферазы (ИФТ) – это препараты, которые ингибируют активность фермента, необходимого для установления связи между белками прогерина и фарнезильными группами. Эта связь обеспечивает постоянное прикрепление прогерина к ядерному ободу. При прогерии может произойти повреждение клеток, поскольку происходит прикрепление, а ядро не находится в нормальном состоянии. Лонафарниб является FTI, что означает, что он может избежать этой связи, поэтому прогерин не может оставаться прикрепленным к ободу ядра и теперь находится в более нормальном состоянии. [ нужна цитата ]
Исследования сиролимуса , ингибитора mTOR , показывают, что он может минимизировать фенотипические эффекты фибробластов прогерии. Другими наблюдаемыми последствиями его использования являются устранение ядерных пузырьков , деградация прогерина в пораженных клетках и уменьшение образования нерастворимых агрегатов прогерина. Эти результаты наблюдались только in vitro и не являются результатами каких-либо клинических испытаний, хотя считается, что лечение может принести пользу пациентам с HGPS. [17]
Недавно было продемонстрировано, что белок CRM1 (ключевой компонент механизма ядерного экспорта у млекопитающих) активируется в клетках HGPS, что приводит к аномальной локализации белков, содержащих NES, из ядра в цитоплазму. [51] Более того, ингибирование CRM1 в HGPS облегчает фенотип ассоциированного старения [51] , а также функцию митохондрий (важный детерминант старения ) и содержание лизосом . [36] Эти результаты проходят проверку in vivo с использованием селинексора (более подходящего ингибитора CRM1 для использования человеком [52] ).
Поскольку известного лечения не существует, лишь немногие люди с прогерией старше 16 лет. [53] По меньшей мере 90 процентов пациентов умирают от осложнений атеросклероза, таких как сердечный приступ или инсульт. [54]
Умственное развитие не страдает; на самом деле, интеллект имеет тенденцию быть от среднего до выше среднего. [55] Что касается особенностей старения, которые, по-видимому, проявляется прогерией, развитие симптомов сопоставимо со старением со скоростью в восемь-десять раз быстрее, чем обычно. Что касается тех, у которых нет прогерии, у пациентов не наблюдается нейродегенерации или предрасположенности к раку . У них также не развиваются состояния, которые обычно связаны с накоплением повреждений, такие как катаракта (вызванная воздействием ультрафиолета) и остеоартрит . [40]
Хотя успешных методов лечения самой прогерии не существует, существуют методы лечения проблем, которые она вызывает, таких как артрит, респираторные и сердечно-сосудистые проблемы. Люди с прогерией имеют нормальное репродуктивное развитие, и известны случаи, когда женщины с прогерией родили здоровое потомство. [56]
Исследование, проведенное в Нидерландах, показало, что заболеваемость составляет 1 на 20 миллионов новорожденных. [57] По данным исследовательского фонда Progeria, по состоянию на сентябрь 2020 г. в мире известно 179 случаев заболевания в 53 странах; 18 случаев были выявлены в США. [58] [13] С 1886 года в истории болезни были зарегистрированы сотни случаев. [59] [60] [61] Однако Исследовательский фонд Прогерии считает, что во всем мире может быть до 150 невыявленных случаев. [62]
Известно только два случая, когда у здорового человека была мутация LMNA, вызывающая прогерию. [63] В одной семье из Индии четверо из шести детей были больны прогерией. [64]
Существует мышиная модель прогерии, хотя у мышей преламин А LMNA не мутирует. Вместо этого отсутствует ZMPSTE24 , специфическая протеаза, необходимая для удаления С-конца преламина А. Оба случая приводят к накоплению фарнезилированного преламина А на ядерной мембране и к характерному ядерному пузырю LMNA.
В 2020 году редактирование BASE было использовано в мышиной модели для нацеливания на мутацию гена LMNA, которая вызывает появление белка прогерина вместо здорового ламина А [65] [66] , а в 2023 году в исследовании был разработан пептид, который предотвращает связывание прогерина с BubR1 [67] ], который, как известно, регулирует старение у мышей. [68]
Восстановление двухцепочечных разрывов ДНК может происходить посредством одного из двух процессов: негомологичного соединения концов (NHEJ) или гомологичной рекомбинации (HR). Ламины А-типа способствуют генетической стабильности, поддерживая уровни белков, которые играют ключевую роль в NHEJ и HR. [69] Мышиные клетки, дефицитные для созревания преламина А, демонстрируют повышенное повреждение ДНК и хромосомные аберрации , а также повышенную чувствительность к агентам, повреждающим ДНК. [19] При прогерии неспособность адекватно восстанавливать повреждения ДНК из-за дефектного ламина А-типа может вызывать аспекты преждевременного старения [70] (см. также теорию старения, связанную с повреждением ДНК ).
Образцы фибробластов детей с синдромом прогерии демонстрируют эффекты ускоренного эпигенетического старения в соответствии с эпигенетическими часами для образцов кожи и крови. [71]
Прогерия была впервые описана в 1886 году Джонатаном Хатчинсоном . [72] Он также был независимо описан в 1897 году Гастингсом Гилфордом . [73] Позже это состояние было названо синдромом прогерии Хатчинсона-Гилфорда. Ученые интересуются прогерией отчасти потому, что она может пролить свет на нормальный процесс старения. [74] [63] [75]
Слово прогерия происходит от греческих слов pro (πρό) «преждевременный» и gēras (γῆρας) «старость». [76]
Янь Хуэй , ученик Конфуция , быстро постарел и умер в молодом возрасте, появившись стариком к 20 годам. Он может быть одним из самых ранних потенциальных примеров прогерии в истории. [77] [ не удалось проверить ]
В 1987 году пятнадцатилетний Микки Хейс , страдавший прогерией, появился вместе с Джеком Эламом в документальном фильме «Я не урод» . [78] Элам и Хейс впервые встретились во время съемок фильма 1986 года «Встреча с Авророй» , [79] в котором Хейс сыграл инопланетянина. Дружба, которая развивалась, продолжалась до тех пор, пока Хейс не умер в 1992 году, в свой 20-й день рождения. Элам сказал: «Вы знаете, я встретил много людей, но я никогда не встречал никого, кто был бы рядом со мной, как Микки». [ Эта цитата нуждается в цитировании ]
У Гарольда Кушнера , написавшего, помимо прочего, книгу « Когда с хорошими людьми случаются плохие вещи» , был сын Аарон, который умер в возрасте 14 лет в 1977 году от прогерии. [80]
Маргарет Кейси, 29-летняя женщина с прогерией, которая тогда считалась старейшей выжившей от болезни преждевременного старения, умерла в воскресенье, 26 мая 1985 года. Кейси, художница-фрилансер, была госпитализирована в больницу Йель-Нью-Хейвен. в ночь на 25 мая с проблемами дыхания, от которых она умерла. [81]
Сэм Бернс был американским активистом, страдавшим этим заболеванием. Он был героем документального фильма HBO « Жизнь по словам Сэма» . Бернс также выступил на TEDx с докладом «Моя философия счастливой жизни» 13 декабря 2013 г. [82]
Хейли Окинс была английской пациенткой с прогерией, которая распространила информацию об этом заболевании. [83]
Леон Бота , южноафриканский художник и диджей, известный, среди прочего, по работе с хип-хоп-дуэтом Die Antwoord , жил с прогерией. [84] Он умер в 2011 году в возрасте 26 лет.
Тиффани Ведекинд из Колумбуса, штат Огайо, считается самой старой выжившей от прогерии: по состоянию на сентябрь 2022 года ей 44 года. [85]
Александра Перо — каталонская девочка, страдающая прогерией; она вдохновила на создание книги Una nena entre vint milions («Девочка из 20 миллионов»), детской книги, объясняющей детям прогерию. [86] [87]
Адалия Роуз Уильямс, родившаяся 10 декабря 2006 года, была американской девушкой с прогерией, известной YouTube-блогершей и видеоблогершей, которая делилась своей повседневной жизнью в социальных сетях. Она умерла 12 января 2022 года в возрасте 15 лет. [88]
Эми Фуз, родившаяся 12 сентября 1969 года, была американской девочкой с прогерией, которая умерла в возрасте 16 лет 19 декабря 1985 года. [89] Сестра американского автомобильного дизайнера, художника и телезвезды Чипа Фуза , который основал фонд ее имени под названием Amy's Depot. [90] Исследовательский фонд Прогерии каждые несколько лет вручает премию Эми в честь Эми. [91]
Г-н ДЖОНАТАН ХАТЧИНСОН представил статью о случае врожденного отсутствия волос с атрофическим состоянием кожи и ее придатков у мальчика, мать которого почти полностью облысела из-за очаговой алопеции с шестилетнего возраста. В этой статье описывался случай с мальчиком трех с половиной лет, который выглядел очень иссохшим, «староватым».
{{cite web}}
: CS1 maint: numeric names: authors list (link)