LTBP2

From SlepoteNet
Jump to navigation Jump to search

Первичная врожденная глаукома (ПВГ) – наследственное заболевание, обнаруживаемое у детей с самого рождения, часто приводящая к слепоте. Относительно недавно гомозиготные мутации в гене LTBP2 были обнаружены у пациентов с ПВГ, у которых наблюдалось высокое внутриглазное давление (ВГД), мегалокорнеа, буфтальм и эктопия хрусталика [1] [2] [3]. Также сообщалось, что гомозиготные мутации в LTBP2 обнаруживаются у пациентов с аутосомно-рецессивной глазной патологией, включающей в себя мегалокорнеа, микросферофакию и дислокацию хрусталика с развитием в последующем (или без оной) вторичной глаукомы [4] [5] [6].

Подобные наблюдения явно свидетельствуют в отношении мутаций в LTBP2 как причине генетической глазной патологии, хотя всё еще предстоит выяснить, является ли глаукома первичной или происходит в результате иного первичного дефекта, например, эктопии хрусталика.

LTBP2 необходим для формирования цинновой связки

При массовой доле LTBP2 в общей белковой массе цинновой связки у человека в 11,2% [7], что ставит его на второе место по представленности после FBN1 (63.5%), не сложно представить, что данный белок критично необходим для структурной целостности зонулярного пояска. В протеоме цинновой связки представлены следы LTBP1 (0,02%) и LTBP3 (0,19%), а LTBP4 полностью отсутствует. Это предположение находит значимое подтверждение в исследованиях мышей, у которых ген LTBP2 искусственно отключался.

Файл:Ltbp-2 Fujikawa2017.jpg
Иммунофлуоресцентные изображения цинновой связки: в норме (WT = wild type) демонстрируют наличие совместно расположенных FBN1 и LTBP2 и отсутствие LTBP4; при отключенном LTBP2 (LTBP-/-) циннова связка практически не визуализируется, поскольку при отключенном LTBP2 белок FBN1 не собирается в волокна цинновой связки; при «искусственном» включении LTBP4 в цилиарном теле он частично восстанавливает волокнистую структуру FBN1 (Fujikawa Y, 2017)

При выключении (knock out) LTBP2 у мышей развивается подвывих хрусталика, связанный с нарушением стабильности цинновой связки. При тщательном изучении общего состояния мышей другие дефекты, включая эмфизему и артериальные аневризмы, не обнаруживаются. И это при том, что ген LTBP2 экспрессируется практически по всему организму. Глаукома у мышей (в отличие от описания человеческих мутаций) также не выявляется, что подтверждается прямой тонометрией ВГД in vivo, нормальной микроскопической анатомией угла передней камеры, шлеммова канала и трабекулы, отсутствием снижения плотности ганглионарных клеток сетчатки, нормальной остротой зрения, оптическим исследованием внутренних сигналов зрительной коры и регистрацией зрительных вызванных потенциалов [8].

Вопрос о первичности/вторичности эктопии хрусталика и глаукомы, как и в ежедневной клинической практике приобретенного подвывиха хрусталика в сочетании с глаукомой, в случае с мутациями LTBP2 у человека остается открытым. На самом деле, оперируя сублюксированный хрусталик пожилого пациента с закрытым углом и повышенным ВГД, сложно однозначно судить о последовательности событий, предшествующих текущему состоянию глаза пациента. Что это – прогрессирующая зонулопатия, являющаяся осложнением первичного дистрофического глаукомного процесса в переднем отрезке, которая добавляет дополнительный (закрытоугольный) компонент в патогенез прогрессирующего заболевания? Или первичная возрастная патология связочного аппарата, приводящая к вторичной закрытоугольной глаукоме?

Интересно отметить, что единственным проявлением патологических мутаций в LTBP2 у человека являются врожденные заболевания глаз. Данное наблюдение примечательно тем, что LTBP2 экспрессируется практически по всему организму, а его дефект обнаруживается только в глазу. Предположительно данное обстоятельство объясняется тем, что дефектный LTBP2 в большинстве тканей замещается близким функционально и эволюционно LTBP4, который в цилиарной зоне не синтезируется. «Включение» (knock-in) экспрессии LTBP4 в глазу у мышей с выключенным LTBP2 во многом спасло нормальный фенотип [9] (см. рисунок).

Подавление экспрессии LTBP2 в культуре человеческих эпителиальных клеток цилиарного тела с помощью малых интерферирующих РНК нарушает формирование микрофибрил, но добавление в данную культуру рекомбинантного LTBP2 восстанавливает образование нормальной сети микрофибрилл. Такая же нормализация фенотипа достигается добавлением рекомбинантного LTBP2 при культивировании цилиарного эпителия мышей с отключенным геном LTBP2 [8].

Из четырех изоформ подсемейства LTBP, LTBP2 – единственный представитель, который абсолютно лишен возможности связывать TGFβ [10]. Это обстоятельство, как минимум, говорит о том, что регулирование сигнальной активности TGFβ не входит в функцию LTBP2. В этом смысле белку LTBP2 близка его изоформа LTBP4, которая в цинновой связке не представлена: LTBP4 проявляет очень ограниченное (в сравнении с LTBP-1 и -3) связывание только с TGFβ1.

Сходство структурно важной для цинновой связки изоформы LTBP2 с LTBP4 подтверждается исследованием, показавшим, что последний может заменить отсутствующий первый для спасения цинновой связки [8].

Файл:Ltbp-2 DeMaria2017.jpg
Иммуннофлуоресцентное окрашивание белка LTBP2 в цинновой связке человека. LTBP2 (окрашен зеленым) представлен на всем протяжении цинновой связки, что подчеркивают вставки a и b (De Maria A, 2017)

LTBP2 иммунногистохимически представлен во всех частях цинновой связки – как в ее основных стволах, так и в тонких веточках, непосредственно прикрепляющихся к капсуле хрусталика (см. рисунок).

LTBP2 напрямую связывается с фибриллином-1, основным структурным белком микрофибрилл [11]. При определении конкретной локализации точек связывания LTBP на доменной структуре FBN1 выяснилось, что LTBP1 и LTBP4 (изучались только эти 2 изоформы) связываются в близко расположенных, но тем не менее отличных точках. Последовательно расположенные домены фибриллина-1 EGF2, EGF3, гибридный домен Hyb1 обеспечивают связывание с LTBP1. Точка связывания с LTBP4 в основном обеспечивается аминокислотами, расположенными в гибридном домене Hyb1 [12].

LTBP-3 не связывается с FBN1. LTBP-2 не связывается с FBN2 [11]. Может ли последний факт объяснять необходимость переключения с FBN2 на FBN1 для обеспечения долгосрочной стабильности связки?

LTBP2 играет критичную роль в формировании структуры толстых пучков цинновой связки, выступая в роли своего рода клея, собирающего отдельные микрофибриллы толщиной 10-12 нм в субмиллиметровые пучки, состоящие из тысяч отдельных микрофибрилл (см. рисунок).

Файл:Fibriil-fibre-bundle Godwin2018.gif
Многоуровневое строение цинновой связки (модифицировано из: (Godwin ARF, 2018)

При электронной микроскопии пучков микрофибрилл между отдельными микрофибриллами выявляются боковые веточки, предположительно связывающие отдельные микрофибриллы в пучки – так называемые короткие связывающие филаменты [13] (см. рисунок).

Файл:Short-filaments Davis2002.png
Электронная микроскопия выявляет между микрофибриллами цинновой связки небольшие нити, выглядящие как боковые соединения между близлежащими микрофибриллами. Исходное увеличение = 240000х; отрезок = 50 нм (из (Davis EC, 2002))

При таргетировании белка LTBP2 антителами с конъюгированными золотыми наночастицами обнаруживается, что LTBP2 локализуется в местах соединения микрофибрилл с короткими связывающими филаментами [8] (см. рисунок).

Файл:Ltbp-2 Inoue2014.png
Иммунолокализация LTBP2 иммунотрансмиссионной электронной микроскопией микрофибрилл цинновой связки свиньи. Золотые частицы селективно локализуются в местах соединения микрофибрилл и коротких связывающих филаментов. Отрезок = 50 нм (из (Inoue T, 2014) [8]

У мышей с отсутствующим геном LTBP2 (LTBP2-нулевые мыши) микрофибриллы цинновой связки формируются, но фрагментируются после рождения, что указывает на их нестабильное строение [14].

Литература

  1. Ali M, McKibbin M, Booth A, et al. Null mutations in LTBP2 cause primary congenital glaucoma. Am J Hum Genet. 2009;84(5):664-671. doi:10.1016/j.ajhg.2009.03.017 https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/19361779/
  2. Azmanov DN, Dimitrova S, Florez L, et al. LTBP2 and CYP1B1 mutations and associated ocular phenotypes in the Roma/Gypsy founder population. Eur J Hum Genet. 2011;19(3):326-333. doi:10.1038/ejhg.2010.181 https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/21081970/
  3. Narooie-Nejad M, Paylakhi SH, Shojaee S, et al. Loss of function mutations in the gene encoding latent transforming growth factor beta binding protein 2, LTBP2, cause primary congenital glaucoma. Hum Mol Genet. 2009;18(20):3969-3977. doi:10.1093/hmg/ddp338 https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/19656777/
  4. Désir J, Sznajer Y, Depasse F, et al. LTBP2 null mutations in an autosomal recessive ocular syndrome with megalocornea, spherophakia, and secondary glaucoma. Eur J Hum Genet. 2010;18(7):761-767. doi:10.1038/ejhg.2010.11 https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/20179738/
  5. Kumar A, Duvvari MR, Prabhakaran VC, Shetty JS, Murthy GJ, Blanton SH. A homozygous mutation in LTBP2 causes isolated microspherophakia. Hum Genet. 2010;128(4):365-371. doi:10.1007/s00439-010-0858-8 https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/20617341/
  6. Khan AO, Aldahmesh MA, Alkuraya FS. Congenital megalocornea with zonular weakness and childhood lens-related secondary glaucoma - a distinct phenotype caused by recessive LTBP2 mutations. Mol Vis. 2011;17:2570-2579. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/22025892/
  7. De Maria A, Wilmarth PA, David LL, Bassnett S. Proteomic Analysis of the Bovine and Human Ciliary Zonule. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2017;58(1):573-585. doi:10.1167/iovs.16-20866. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/28125844/
  8. 8,0 8,1 8,2 8,3 8,4 Inoue T, Ohbayashi T, Fujikawa Y, et al. Latent TGF-β binding protein-2 is essential for the development of ciliary zonule microfibrils. Hum Mol Genet. 2014;23(21):5672-5682. doi:10.1093/hmg/ddu283 https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/24908666/
  9. Fujikawa Y, Yoshida H, Inoue T, et al. Latent TGF-β binding protein 2 and 4 have essential overlapping functions in microfibril development. Sci Rep. 2017;7:43714. Published 2017 Mar 2. doi:10.1038/srep43714 https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/28252045/
  10. Saharinen J, Keski-Oja J. Specific sequence motif of 8-Cys repeats of TGF-beta binding proteins, LTBPs, creates a hydrophobic interaction surface for binding of small latent TGF-beta. Mol Biol Cell. 2000;11(8):2691-2704. doi:10.1091/mbc.11.8.2691 https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/10930463/
  11. 11,0 11,1 Hirani R, Hanssen E, Gibson MA. LTBP-2 specifically interacts with the amino-terminal region of fibrillin-1 and competes with LTBP-1 for binding to this microfibrillar protein. Matrix Biol. 2007;26(4):213-223. doi:10.1016/j.matbio.2006.12.006 https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/17293099/
  12. Ono RN, Sengle G, Charbonneau NL, et al. Latent transforming growth factor beta-binding proteins and fibulins compete for fibrillin-1 and exhibit exquisite specificities in binding sites. J Biol Chem. 2009;284(25):16872-16881. doi:10.1074/jbc.M809348200 https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/19349279/
  13. Davis EC, Roth RA, Heuser JE, Mecham RP. Ultrastructural properties of ciliary zonule microfibrils. J Struct Biol. 2002;139(2):65-75. doi:10.1016/s1047-8477(02)00559-2 https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/12406689/
  14. Shi Y, Jones W, Beatty W, et al. Latent-transforming growth factor beta-binding protein-2 (LTBP-2) is required for longevity but not for development of zonular fibers. Matrix Biol. 2020;S0945-053X(20)30092-5. doi:10.1016/j.matbio.2020.10.002 https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33039488/