ADAMTS17

From SlepoteNet
Jump to navigation Jump to search
Файл:Microspherophakia Morales2009.png
Фотография переднего отрезка правого глаза 16-летнего пациента с Вайлль-Маркезани-подобным синдромом. Помимо микросферофакии, видны следы глаукомной хирургии, включая периферические колобомы радужки, и иридо-корнеальные синехии. Генетический дефект – вставка нуклеотида G между основаниями 2458 и 2459 в гене ADAMTS17 (ADAMTS17/c.2458_2459insG) [1]
Файл:ShallowAC Morales2009.png
Фотография переднего отрезка 10-летней сестры пациента с предыдущей клинической фотографии, также страдающей Вайлль-Маркезани-подобным синдромом, демонстрирует мелкую переднюю камеру (желтый отрезок) [1]

Еще одна протеаза межклеточного матрикса, важная для развития глазного яблока, относится к данному большому семейству. Мутации в ADAMTS17 вызывают состояние, схожее по клиническим проявлениям с синдромом Вайля-Маркезани (СВМ). Вайль-Маркезани-подобный синдром (ВМПС), или синдром Вайля-Маркезани 4 типа (MIM #613195) [2], проявляется низким ростом и глазной патологией, включающей эктопию хрусталика, лентикулярную миопию и глаукому. При этом у пациентов с ВМПС отсутствует скованность суставов, патология сердечных клапанов и, как правило, брахидактилия (короткие пальцы), которые обычно ассоциирующиеся с «классическим» СВМ, вызванным рецессивными мутациями ADAMTS10 (MIM #277600) [3], либо доминантными мутациями FBN1 (MIM #608328). Брахидактилия находится в «серой зоне», поскольку были описаны пациенты с мутациями ADAMTS17, клиническую картину ВМПС которых дополняла брахидактилия [1] [4].

В отличие от людей, у собак мутации в ADAMTS17 проявляются исключительно эктопией хрусталика и вторичной глаукомой, без сердечных и скелетных аномалий [5] [6]. В одном исследовании у всех китайских шарпеев, страдающих первичной открытоугольной глаукомой и/или первичным вывихом хрусталика, была обнаружена гомозиготная делеция 6 пар оснований в 22 экзоне ADAMTS17 [7].

Обнаружены 3 различные изоформы белка ADAMTS17. Две основные – большая и маленькая – связаны с существованием 2 различных кодонов инициации (т.е. точки начала транскрипции разные). Большая охватывает 22 экзона и кодирует 1095 аминокислот; маленькая – 16 экзонов, 502 аминокислоты. Представленность изоформ зависит от вида тканей. Например, в глазу одинаково сильно экспрессируются обе основные изоформы. Третья изоформа является вариацией маленькой, поскольку включает в себя дополнительно 69 пар оснований из 15-го интрона. Данная форма демонстрирует высокую экспрессию в тканях печени и легких у взрослых животных [1].

Долгое время ADAMTS17 считался «сиротой» в своем семействе, поскольку его субстраты и биологические функции были неизвестны. Однако, занавес начал потихоньку подниматься. ADAMTS17 – это секретируемая металлопротеаза, как и другие члены семейства. В процессе подготовки к секреции, находясь в trans-части комплекса Гольджи, она подвергается аутокатализу (расщепляет саму себя) [8].

Также ADAMTS17 претерпевает N- и O-гликозилирование. В ее последовательности присутствует 7 мест для потенциального N-гликозилирования, 5 из которых располагаются во вспомогательном (не в каталитическом, ancillary) домене. В частности, тромбоспондиновые повторы I типа (TSR), во множественном числе представленные в структуре всего семейства ADAMTS (собственно буквы TS в названии – это и есть ThromboSpondins), содержат последовательности, потенциально доступные для посттрансляционной (после синтеза белковой цепочки на рибосоме) модификации путем O-фукозилирования. Фукоза – это сахар (моносахарид), который в паре с глюкозой в виде дисахарида Glucose-β1–3Fucose может быть добавлен к консенсусной последовательности типа Cys-Xaa-Xaa-Ser/Thr-Cys (Cys = цистеин, Xaa = любая аминокислота, Ser = серин, Thr = треонин). Серин и треонин содержат OH-группу, к который присоединяется сахар. Четыре из пяти TSR-повторов, наличествующих в ADAMTS17, содержат требуемую консенсусную последовательность. Методами жидкостной хроматографии/масс-спектрометрии рекомбинантных фрагментов ADAMTS17 было выявлено, что O-фукозилирование затрагивает первый, третий и пятый (но не четвертый) повтор [8].

Гликозилирование – биохимический процесс присоединения молекул сахара к белкам. Если сахар прикрепляется к атому азота азот-содержащих аминокислот (как правило, это аспарагин), то речь идет о N-гликозилировании. Если сахар вешается на спиртовую группу серина (треонина), образуя эфирную связь, говорят об O-гликозилировании.

O-фукозилирование – это известный механизм контроля качества сворачивания TSR-доменов. В процессе синтеза белка на рибосоме (в момент трансляции, котрансляционно) происходит сворачивание TSR-доменов. Фермент протеин-O-фукозилтрансфераза 2 (protein O-fucosyltransferase 2 (POFUT2)) распознает правильно свернутую вторичную структуру TSR-повтора и добавляет к серину (или треонину) фукозу. Далее в процесс включается фермент β3-глюкозилтрансфераза (β3-glucosyltransferase (B3GLCT)), цепляя глюкозу к фукозе. Такое гликозилирование последовательно стабилизирует структуру TSR-домена и способствует быстрой и эффективной секреции белка, в котором он находится.

Термин «последовательно» в предыдущем предложении не просто фигура речи. Наличие фукозы обязательно для разрешения секреции всех 49 белков, которая контролируется данным механизмом: экспериментальное отключение гена POFUT2 летально еще на этапе эмбрионального развития. Тогда как присоединение второго сахара (глюкозы) – менее значимый ярлык, важный для секреции только части контролируемых белков.

Здесь важно дать передышку другу-офтальмологу в потоке биохимических терминов, наградить его за старания и отметить важную офтальмологическую параллель. Те бесстрашные и упорные, преодолевшие несколько предыдущих абзацев - ловите информацию и трепещите от восторга! β3-глюкозилтрансфераза – это фермент, при отключении которого развивается синдром Петерса-плюс.

Как известно, синдром Петерса-плюс – это сочетание аномалии Петерса (дисгенеза переднего отрезка глаза, проявляющегося дефектом разделения десцеметовой мембраны и радужки или капсулы хрусталика) и системных проявлений, которые включают так же, как и спектр нарушений Вайлля-Маркезани, карликовость и брахидактилию. Предполагается, что нарушение секреции ADAMTS17 (и/или ADAMTS10, мутации которого вызывают СВМ 1 типа, и в состав которого входит 5 TSR-доменов) может быть механизмом развития офтальмологических проявлений нарушенной работы B3GLCT.

Синтез матричной РНК ADAMTS17 в эмбриональном развитии происходит во всех тканях, патологией которых проявляется ВМПС, также для этих локаций характерна активная экспрессия фибриллинов. Речь идёт о перихондрии вокруг зачатков длинных костей, студенистых ядрах (nucleus pulposus) межпозвоночных дисков, легочной паренхиме, кожном эпидермисе и подлежащей дерме, средней оболочке артерий и глазах. В последнем случае наиболее мощная экспрессия наблюдается в хрусталиковых волокнах в области экватора хрусталика, непигментированном ресничном эпителии, сосудистой оболочке хрусталика (tunica vasculosa lentis) и трабекулярной зоне [8].

ADAMTS17 связывается с фибриллином-2: взаимодействие происходит и в N-терминальной части ADAMTS17 (пропептидный домен – каталитический домен – дисинтегрин, PCD), и в C-терминальной части (добавочный (ancillary) домен, AD). Обе зоны взаимодействия зависят от наличия ионов Ca2+. Сила взаимодействия на 3 порядка выше для добавочного домена. Интересно, что ADAMTS17 никак не взаимодействует с фибриллином-1, и обе изоформы фибриллина не являются субстратом для ADAMTS17.

Добавление рекомбинантного ADAMTS17 в культуру фибробластов человеческой кожи привело к уменьшению количества клеток, но ADAMTS17 колокализовался с сформированными микрофибриллами. Колокализация обнаруживалась как с FBN1, так и с FBN2. Потенциальный диссонанс с тем, что ADAMTS17 связывается только с FBN2 в чистом виде, может объясняться смешанным фибриллиновым (FBN1 + FBN2) составом микрофибрилл взрослого человека.

Тестирование рекомбинантного ADAMTS17 в другой клеточной модели, эмбриональных фибробластов мыши (ЭФМ), которые преимущественно продуцируют FBN2, имело разные результаты в зависимости от того, какая часть ADAMTS17 добавлялась в среду. C-терминальная часть (ADAMTS17-AD) вызывает значительное уменьшение числа прикрепленных фибробластов, что не позволило провести иммуногистохимию. При использовании N-терминальной части (ADAMTS17-PCD), как и в случае с человеческими клетками, обнаруживалось совместное окрашивание с FBN1. К удивлению исследователей, количество микрофибрилл с FBN-2 в культуре ЭФМ в присутствии ADAMTS17-PCD существенно снижалось, что, (внимание!) может объясняться 5-кратным снижением синтеза мРНК FBN2. Менее значимое, в районе 30%, снижение уровня мРНК наблюдалось и для FBN1. Влияние ADAMTS17-PCD на транскрипцию FBN2 усложняет и без того сложную картину взаимодействия протеинов межклеточного матрикса. Возникает вопрос: не является ли ADAMTS17 частью (или признаком) механизма, который переключает экспрессию эмбрионального типа фибриллина на взрослый?

ADAMTS17 мультимеризуется в результате нековалентных взаимодействий, а также дисульфидной связи, возможно, с помощью цистеина в 201 позиции, расположенной в пропептидном домене [8]. Последний также необходим для секреции ADAMTS17, поскольку его экспериментальное удаление ведет к накоплению белка внутри клетки.

Возможное патогенетическое объяснение развития соединительнотканных проявлений СВМ 4 типа (ВМПС), вызванного рецессивными мутациями ADAMTS17, может заключаться в их влиянии на секрецию фибриллина-1 и коллагена I типа [9]. Детальное изучение пациента с гомозиготной миссенс-мутацией в высоконсервативном как среди остальных ADAMTS-протеаз, так и среди других биологических видов треонине-343 (c.1027A>G, p.Thr343Ala), расположенном в каталитическом домене ADAMTS17, выявило нарушение секреции данного белка, а также существенное снижение секреции FBN1 и коллагена I типа. Концентрация белка FBN1 в клеточной среде, куда поместили фибробласты кожи пациента, была примерно в 2 раза ниже, чем в здоровом контроле. FBN1, как и коллаген I типа, скапливался в аппарате Гольджи больных клеток. Соответственно, в клеточном лизате фибробластов пациента FBN1 было больше, чем в здоровых клетках.

Литература

  1. 1,0 1,1 1,2 1,3 Morales J, Al-Sharif L, Khalil DS, et al. Homozygous mutations in ADAMTS10 and ADAMTS17 cause lenticular myopia, ectopia lentis, glaucoma, spherophakia, and short stature. Am J Hum Genet. 2009;85(5):558-568. doi:10.1016/j.ajhg.2009.09.011 https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/19836009/
  2. https://www.omim.org/entry/613195
  3. https://www.omim.org/entry/277600
  4. Shah MH, Bhat V, Shetty JS, Kumar A. Whole exome sequencing identifies a novel splice-site mutation in ADAMTS17 in an Indian family with Weill-Marchesani syndrome. Mol Vis. 2014;20:790-796. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/24940034/
  5. Farias FH, Johnson GS, Taylor JF, et al. An ADAMTS17 splice donor site mutation in dogs with primary lens luxation. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2010;51(9):4716-4721. doi:10.1167/iovs.09-5142 https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/20375329/
  6. Gould D, Pettitt L, McLaughlin B, et al. ADAMTS17 mutation associated with primary lens luxation is widespread among breeds. Vet Ophthalmol. 2011;14(6):378-384. doi:10.1111/j.1463-5224.2011.00892.x https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/22050825/
  7. Oliver JAC, Rustidge S, Pettitt L, et al. Evaluation of ADAMTS17 in Chinese Shar-Pei with primary open-angle glaucoma, primary lens luxation, or both. Am J Vet Res. 2018;79(1):98-106. doi:10.2460/ajvr.79.1.98 https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/29287154/
  8. 8,0 8,1 8,2 8,3 Hubmacher D, Schneider M, Berardinelli SJ, et al. Unusual life cycle and impact on microfibril assembly of ADAMTS17, a secreted metalloprotease mutated in genetic eye disease. Sci Rep. 2017;7:41871. doi:10.1038/srep41871 https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/28176809/
  9. Karoulias SZ, Beyens A, Balic Z, et al. A novel ADAMTS17 variant that causes Weill-Marchesani syndrome 4 alters fibrillin-1 and collagen type I deposition in the extracellular matrix. Matrix Biol. 2020;88:1-18. doi:10.1016/j.matbio.2019.11.001 https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31726086/