The Pathogenetic Role of Polymorphic Variants of Keratinocyte Proliferation and Differentiation Genes Alleles in Severe Acne Cases

Акне является одним из наиболее распространенных заболеваний кожи, которым страдают до 85% подросткового возраста и около 3% – взрослого населения

Данные о роли семейного анамнеза и возможного наследования акне подтверждались в ряде исследований о семейных случаях этого дерматоза, более частом его развитии у монозиготных близнецов, однако значение генетических ассоциаций до конца не известно. Так, He L. et al. (2014) выявил связь акне с TP63, который обеспечивает регуляцию и дифференцировку эпителиальных стволовых клеток 

Учитывая роль патологического фолликуллярного гиперкератоза в формировании угревой болезни, важным направлением исследований является изучение патогенетического механизма пролиферации и дифференцировки кератиноцитов, в том числе и влияние наследственных факторов.

Цель: определение и анализ вариантов нуклеотидной последовательности генов пролиферации и дифференцировки кератиноцитов AP3B1, FERMT1, FERMT3, GBA, SUFU у пациентов с акне тяжелого течения.

Для достижения поставленной цели в период 2017-2020 гг. проведено проспективное открытое нерандомизированное одноцентровое сравнительное исследование. Под нашим наблюдением в клинических условиях на кафедре кожных болезней и косметологии ФДПО ФГАОУ ВО РНИМУ им. Н.И. Пирогова МЗ РФ находились 70 человек в возрасте от 15 до 46 лет (медиана – 22,1 [10,2; 25,4] год). Размер выборки предварительно не рассчитывали. Исследование выполнено с информированного согласия всех пациентов, включенных в исследование, и одобрено этическим комитетом ФГАОУ ВО РНИМУ МЗ РФ в соответствии с Хельсинкской декларацией.

Все исследуемые были разделены на 2 группы, сопоставимые по половозрастным характеристикам (p<0,05). Основная группа – 50 пациентов (29 мужчин и 21 женщина) с акне тяжелого течения в возрасте от 15 до 46 лет (медиана – 23,2 [11,5; 26,6] года). Группа контроля – 20 условно здоровых лиц (13 мужчин и 7 женщин) от 16 до 40 лет (медиана – 19,4 [10,0; 23,1] года). Таким образом, основная группа и группа сравнения были сопоставимы.

Молекулярно-генетическая диагностика была проведена всем 50 пациентам основной и 20 условно здоровым лицам группы сравнения методом высокопроизводительного секвенирования ДНК – секвенирование «нового поколения» (next-generation sequencing, NGS) в лаборатории молекулярной биологии ФГБУ «НМИЦ ДГОИ им. Дм. Рогачева» МЗ РФ. Геномная ДНК была выделена из образцов цельной крови обследованных больных с использованием набора CellSep Advanced Kit. (DiaSorin Ireland Ltd., Ирландия) согласно инструкции производителя.

Результаты обработаны с использованием программного обеспечения XLSTAT2019. Соответствие распределения количественных показателей нормальному закону оценивали с помощью критерия Шапиро–Уилка. В случае распределения показателя, отличного от нормального, он описывался медианой (Ме) и верхним и нижним квартилями [Q1; Q3]. Значимость различия в независимых выборках оценивали посредством критерия Манна–Уитни. Для оценки связи номинальных и порядковых признаков строили таблицы сопряженности и на их основе рассчитывали критерий χ2 Пирсона. Для оценки факторов риска рассчитывали отношение шансов (odds ratio, OR).

Исследование функционального значения генов пролиферации и дифференцировки кератиноцитов в биологических путях организма выполнено с помощью онлайн программ genecards с использованием базы данных STRING известных и прогнозируемых взаимодействий, включающих прямые и функциональные ассоциации

Клиническая характеристика пациентов основной группы соответствовала тяжелой степени тяжести акне. В процессе исследования нами были стратифицированы изученные однонуклеотидные полиморфизмы (single nucleotide polymorphism, SNP) в экзонах (несинонимичные замены), в интронах, в регионах 3’UTR, 5’UTR и upstream по их регуляторной значимости.

Характеристика SNPs изучаемых генов у больных акне представлены в табл. 1.

Из данных в табл. 1, установлено, что в 1 SNPs гена AP3B1 в экзоне (rs6453373) частота альтернативного аллеля достоверно отличалась в группе больных акне от группы контроля (р=0,002). При этом OR=6,858 (ДИ=1,676-28,065; p=0,007) указывает на достоверную сильную ассоциативную связь с акне тяжелой степени. Пять из 6 SNPs генов у больных акне оказывают, по-видимому, защитное действие (OR<1) (р>0,05).

Характеристика мутаций изучаемых генов у больных акне представлено в табл. 2.

Как видно из данных табл. 2, нами были идентифицированы 2мутации без сдвига рамки считывания: ранее выявленная при других заболеваниях мутация гена FERMT1 (rs386812146, nonframeshift замена) и впервые описанная нами мутация гена AP3B1 (nonframeshift делеция). По OR первая мутация (OR=0,9) оказывает, вероятно, защитный эффект при акне, а вторая (OR=2,9) ассоциирована с риском возникновения акне.

Характеристика SNPs изучаемых генов в интронах у больных акне представлены в табл. 3.

По данным табл. 3, в 2 SNPs гена FERMT3 в интронах (rs143587409, rs138055838) частота альтернативного аллеля достоверно отличалась в группе больных тяжелой степени акне от группы контроля (р=0,024). Один SNPs гена FERMT3 описан нами впервые и имеет защитный эффект (OR=0,131; ДИ=0,005-3,285; p=0,216). Два из 32 SNPs: SUFU (rs2281879, OR=1,571; ДИ=0,618-3,993; p=0,342 FERMT3 (rs72920394) OR=5,827 (ДИ=0,736-46,125;p=0,095)) вероятно ассоциированы с тяжелой степенью акне (p>0,05). Остальные 20 SNPs в интронах исследуемых генов, вероятно, оказывают защитное действие по отношению к акне (p>0,05).

Характеристика SNPs изучаемых генов в 3’UTR, 5’UTR и upstream-регионе у больных акне представлены в табл. 4.

Из данных табл. 4., SNPs SUFU (c.*85C>A) в 3’UTR регионе был выявлен нами впервые. При этом частота альтернативного аллеля в группе бoльных тяжелой фoрмой акне дoстоверно отличалась от группы контроля (р=0,000003). По OR=0,72 (ДИ=0,019-0,274; p=0,0001) установлена сильная ассоциативная связь по защитному эффекту при акне. Также нами впервые описаны 2 SNPs GBA (c.-4680C>G) в 5’UTR и FERMT3 (c.*34delC) в 3’UTR как при акне, так и в целом среди всех заболеваний. Один SNPs SUFU (rs3818470) в upstream регионе (dist=44) вероятно, ассоциирован с акне OR= 1,571 (ДИ=0,618-3,994; p=0,342). Остальные SNPs (OR<1), вероятно, оказывают защитный эффект при акне (p>0,05).

Полученные нами данные проведенного анализа дают основание для характеристики дефектов и вариантов нуклеотидной последовательности генов AP3B1, FERMT1, FERMT3, GBA, SUFU у пациентов с акне тяжелого течения.

Ген AP3B1 (Adaptor Related Protein Complex 3 Subunit Beta 1) кодирует белок, который является частью гетеротетрамерного белкового комплекса AP-3, который взаимодействует с каркасным белком клатрином. Мутации в этом гене связаны с синдромом Германского-Пудлака 2 типа 

Одним из клинических симптомов синдрома является врожденная нейтропения, а также дефекты цитотоксичности, опосредованные CD8+. Вероятно, наличие SNPs гена AP3B1 может являться одним факторов, обуславливающих дисбаланс клеточного звена иммунной системы, приводя к затяжному течению акне. В клетке имеются механизмы передачи сигналов по адресной доставки сигнала, включая клатрин-зависимый тип эндоцитоза. Поэтому, при нарушении эндоцитоза возможно развитие дисбаланса внутриклетолчного транспорта и, как следствие, нарушение внутри- и внеклеточных регуляторных механизмов кератинизации, в частности.

Ген FERMT1 (FERM Domain Containing Kindlin 1) кодирует член семейства фермитинов и содержит домен FERM и домен гомологии плекстрина. Кодируемый белок участвует в передаче сигналов интегрина и связывании актинового цитоскелета с внеклеточным матриксом, а также требуется для нормальной пролиферации и адгезии кератиноцитов к фибронектину и ламинину. Может опосредовать передачу сигналов TGF-b 1.

Полученные нами результаты показали наличие у пациентов с акне мутации гена FERMT1 (rs386812146, nonframeshift замена). Именно этот вариант по данным базы данных ClinVar_SIG определен как «неизвестного значения» (uncertain significance), тогда как по данным базы ClinVar_DIS описан при синдроме Киндлера, что может подтвердить предположение о вероятном риске нарушения пролиферации и дифференцировке кератиноцитов у больных акне.

Ген FERMT3 (FERM domain containing kindlin 3) кодирует белок, участвующий в активации интегрина; он специфически экспрессируется в кроветворных клетках. Киндлины представляют собой небольшое семейство белков, которые опосредуют белково-белковые взаимодействия, участвующие в активации интегрина, и тем самым играют роль в адгезии клеток, миграции, дифференцировке и пролиферации. Устанолено, что изоформа 2 может выступать в качестве репрессора NF-kappa-B и апоптоза. 

Наличие у пациентов с акне 2 SNPs FERMT3 в интронах с достоверным отличием по частоте альтернативного аллеля (р=0,024) свидетельствует о возможной дисфункции пути NF-kappa-B и апоптоза.

Ген GBA (Glucosylceramidase Beta 1) кодирует лизосомальный мембранный белок, который расщепляет бета-глюкозидную связь гликозилцерамида, промежуточного звена в метаболизме гликолипидов. Играет центральную роль в деградации сложных липидов и обороте клеточных мембран. Через производство керамидов участвует в PKC-активированном пути образования керамида. Полученные нами данные о вероятной ассоциации SNPs с развитием акне свидетельствуют о возможном нарушении метаболизма церамидов, обеспечивающих взаимосвязь кератиноцитов и, как следствие, нарушении барьерных свойств кожи при развитии акне.

Ген SUFU (SUFU Negative Regulator Of Hedgehog Signaling)кодирует компонент сигнального пути Sonic hedgehog и необходим для правильного формирования волосяных фолликулов и контроля эпидермальной дифференцировки, а также развитии кожи. Полученные нами данные о протективной роли SNPs SUFU у больных акне, вероятно указывают на физиологический морфогенез кожи у больных акне.

Анализ ген-генных взаимодействий представлен на рисунке 1.

Рисунок 1 - Ген-генные взаимодействия генов пролиферации и дифференцировки кератиноцитов

DOI:10.23670/IRJ.2023.127.88.5

Диагностированные нами варианты нуклеотидной последовательности изученных генов P3B1, FERMT1, FERMT3, GBA, SUFU, вероятно, ассоциированы с акне тяжелой степени. Влияние генетической регуляции изученных генов может обуславливать нарушение эндоцитоза с развитием дисбаланса внутриклеточного транспорта и, как следствие, нарушение внутри- и внеклеточных регуляторных механизмов кератинизации, в частности. Кроме того, возможно нарушение связывания актинового цитоскелета с внеклеточным матриксом, что в итоге ведет к дисрегуляции пролиферативной активности кератиноциов и развитию гиперкератинизации инфраинфундибулума.

Таким образом, полученные данные являются впервые выявленными и описанными полиморфными локусами генов P3B1, FERMT1, FERMT3, GBA, SUFU дисбаланс между которыми, вероятно, является одним из патогенетических регуляторных путей в формировании акне.