Цилиопатия
Цилиопатия | |
---|---|
![]() | |
Эукариотическая ресничка | |
Специальность | Медицинская генетика ![]() |
Цилиопатия , – это любое генетическое заболевание поражающее клеточные реснички или структуры, закрепляющие реснички, базальные тельца , [ 1 ] или цилиарная функция. [ 2 ] Первичные реснички играют важную роль в управлении процессом развития, поэтому аномальная функция ресничек во время развития эмбриона может привести к ряду пороков развития, которые могут возникнуть независимо от конкретной генетической проблемы. [ 3 ] Сходство клинических особенностей этих нарушений развития означает, что они образуют узнаваемую группу синдромов, которые обычно объясняются аномальной функцией ресничек и поэтому называются цилиопатиями. Независимо от фактической генетической причины, именно совокупность характерных физиологических особенностей определяет, является ли синдром цилиопатией.
Хотя обычно считается, что цилиопатии связаны с белками, которые локализуются в подвижных и/или неподвижных (первичных) ресничках или центросомах , возможно, что цилиопатии связаны с неожиданными белками, такими как XPNPEP3 , который локализуется в митохондриях, но, как полагают, влияет на функцию ресничек через протеолитическое расщепление реснитчатых белков. [ 4 ]
Значительные успехи в понимании важности ресничек были достигнуты в середине 1990-х годов. Например, открытие роли ресничек в эмбриональном развитии, выявление ресничных дефектов при генетических нарушениях, таких как поликистоз почек , синдром Барде-Бидля и первичная цилиарная дискинезия . [ 5 ] [ 6 ] Однако физиологическая роль, которую эта органелла играет в большинстве тканей, остается неясной. Дополнительные исследования того, как цилиарная дисфункция может привести к таким тяжелым заболеваниям и патологиям развития, все еще являются предметом текущих исследований. [ 7 ]
Признаки и симптомы
[ редактировать ]Широкий спектр симптомов является потенциальными клиническими особенностями цилиопатии. Признаками, наиболее эксклюзивными для цилиопатии, в порядке убывания исключительности являются: [ 8 ] : 138
- Порок развития Денди-Уокера ( червя мозжечка гипоплазия , обычно с гидроцефалией )
- Агенезия мозолистого тела
- Перевернутое положение
- Задний энцефалоцеле
- Поликистоз почек
- Постаксиальная полидактилия
- Заболевания печени
- Пигментный ретинит
- Интеллектуальная инвалидность
случай синдрома поликистозных яичников , множественных подкожных кист, нарушения функции почек, болезни Кароли и цирроза печени на фоне цилиопатии. Описан [ 9 ]
Фенотипы, иногда связанные с цилиопатиями, могут включать: [ 8 ]
- Анэнцефалия
- Нарушения дыхания
- червя мозжечка Гипоплазия
- Диабет
- Экзэнцефалия
- Нарушения движений глаз
- Гидроцефалия
- Гипоплазия мозолистого тела
- Гипотония
- Бесплодие
- Когнитивные нарушения/дефекты
- Ожирение [ 10 ]
- Другая полидактилия
- Дыхательная дисфункция
- почек Кистозная болезнь
- Дегенерация сетчатки
- Нейросенсорная глухота
- Расщелина позвоночника
Патофизиология
[ редактировать ]«По сути, подвижная ресничка представляет собой наномашину, состоящую, возможно, из более чем 600 белков в молекулярных комплексах, многие из которых также функционируют независимо как наномашины». Реснички «функционируют как механо- или хемосенсоры и как глобальная клеточная система позиционирования для обнаружения изменений в окружающей среде». Например, передача сигналов ресничек играет роль в инициации клеточной замены после повреждения клеток. [ 11 ]
В дополнение к этой сенсорной роли, опосредующей специфические сигнальные сигналы, реснички играют « секреторную роль, при которой растворимый белок высвобождается, оказывая влияние на поток жидкости» в эпителиальных клетках, и, конечно, могут непосредственно опосредовать поток жидкости в случае подвижные реснички. [ 1 ] Первичные реснички играют сетчатки роль в передаче питания неваскуляризированным палочкам и колбочкам клеток пигментного эпителия, от васкуляризированных расположенных на несколько микрометров позади поверхности сетчатки.
Задействованные пути передачи сигнала включают сигнальный путь Hedgehog и сигнальный путь Wnt . [ 12 ]
Дисфункциональные реснички могут привести к:
- нарушения хемочувствительности , [ 13 ] обычно через клеточную дисфункцию мерцательного эпителия . [ 1 ]
- Нарушение термочувствительности или механочувствительности . [ 14 ] часто вследствие клеточной дисфункции мерцательного эпителия . [ 1 ]
- клеточной подвижности Дисфункция [ 13 ]
- Проблемы с вытеснением внеклеточной жидкости [ 13 ]
- паракринной передачи сигнала Нарушения [ 1 ] [ 13 ]
В организме с нормальным здоровьем реснички имеют решающее значение для: [ 15 ]
Генетика
[ редактировать ]«Подобно тому, как разные гены могут способствовать возникновению сходных заболеваний, одни и те же гены и семейства генов могут играть роль в ряде различных заболеваний». Например, только при двух заболеваниях, вызванных неисправностью ресничек, синдроме Меккеля-Грубера и синдроме Барде-Бидля , пациенты, несущие мутации в генах, связанных с обоими заболеваниями, «имеют уникальные симптомы, которые не наблюдаются ни при одном из состояний по отдельности». Гены, связанные с двумя разными состояниями, «взаимодействуют друг с другом во время развития». Системные биологи пытаются определить функциональные модули, содержащие множество генов, а затем изучить расстройства, фенотипы которых вписываются в такие модули. [ 16 ]
Конкретный фенотип которых также участвуют первичные реснички может «в значительной степени перекрываться с несколькими состояниями (цилиопатиями), в патогенезе . Одним из новых аспектов является широкий спектр мутаций гена цилиопатии, обнаруживаемых при различных заболеваниях». [ 10 ]
Кроме того, клинические проявления пациентов с идентичной мутацией могут различаться, что указывает на роль генетических модификаторов. [ 17 ]
По состоянию на 2017 год было подтверждено 187 генов, связанных с цилиопатией, а роль еще 241 гена-кандидата все еще исследуется. [ 18 ]
Распространенным способом выявления цилиопатий, таких как ADPKD и ARPKD , которые имеют известные генетические причины, является анализ сцепления, прямой скрининг мутаций. [ 19 ] Другие методы, такие как генные панели, полноэкзомное секвенирование и полногеномное секвенирование, также могут использоваться для обеспечения явных преимуществ. [ 19 ] [ 20 ] Генные панели анализируют определенные наборы генов и могут быть более полными, чем скрининг одного гена или прямой скрининг мутаций. Секвенирование всего экзома/генома позволяет выявить гетерозиготных носителей и обнаружить новые/редкие вариации. [ 19 ] [ 21 ]
Известно, что мутации в генах PKD1 и PKD2, которые кодируют полицистин-1 и полицистин-2 соответственно, являются причинами ADPKD, цилиопатии, которая проявляется образованием и ростом кист в почках, что приводит к почечной недостаточности. [ 22 ]
Список цилиопатий
[ редактировать ]« Фенотипические параметры , определяющие цилиопатию, могут быть использованы как для распознавания клеточной основы ряда генетических нарушений , так и для облегчения диагностики и лечения некоторых заболеваний неизвестной причины». [ 8 ]
Известные цилиопатии
[ редактировать ]Вероятные цилиопатии
[ редактировать ]Возможные цилиопатии
[ редактировать ]История
[ редактировать ]В 1674–1677 годах голландский ученый Антони ван Левенгук изменил взгляд человечества на мир, открыв в дождевой воде « анимакулы » вместе с их крошечными придатками, известными сегодня как реснички. Это было отмечено как первое зарегистрированное наблюдение одноклеточных организмов и их двигательных структур. [ 30 ]
В конце 19 века новаторская работа Карла Эрнста фон Баера в области эмбрионального развития заложила основу современной биологии развития . [ 31 ] Благодаря тщательным наблюдениям фон Баер предоставил бесценную информацию о формировании тканей и органов во время развития, включая ранние стадии эмбриогенеза и развитие тканей, несущих реснички. [ 32 ] Хотя фон Баер, возможно, в то время не до конца осознавал значение ресничек, его наблюдения, вероятно, включали их присутствие в тканях эмбриона. Реснички, имеющие решающее значение для передачи сигналов клеток , развития тканей и асимметрии слева и справа , теперь признаны древними органеллами, играющими важную роль в развитии. [ 33 ] Концепция эмбриональной рекапитуляции фон Баера, несмотря на ее уточнение, подчеркивает эволюционную консервативность процессов развития, включая функцию ресничек. Сегодня наследие фон Баера вдохновляет на постоянные исследования в области эмбриологии и биологии развития, особенно в понимании биологии ресничек и ее значимости для цилиопатий, когда дефекты структуры или функции ресничек приводят к нарушениям развития . [ 34 ]
Хотя неподвижные или первичные реснички были впервые описаны в 1898 году, биологи по большей части игнорировали их. Однако микроскописты продолжали документировать их присутствие в клетках большинства позвоночных организмов. Первичную ресничку долгое время считали — за редким исключением — практически бесполезным эволюционным пережитком, рудиментарной органеллой . Недавние исследования показали, что реснички необходимы для многих органов тела. [ 35 ] Эти первичные реснички играют важную роль в хемочувствительности , механочувствительности и термочувствительности . Таким образом, реснички можно «рассматривать как сенсорные клеточные антенны , которые координируют большое количество клеточных сигнальных путей, иногда связывая передачу сигналов с подвижностью ресничек или, альтернативно, с делением и дифференцировкой клеток». [ 11 ]
Недавние достижения в генетических исследованиях млекопитающих сделали возможным понимание молекулярной основы ряда дисфункциональных механизмов как в подвижных, так и в первичных ресничных структурах клетки . [ 36 ] Был обнаружен ряд критических сигнальных путей, необходимых для клеточного развития. В основном, но не исключительно, они обнаруживаются в неподвижных или первичных ресничках. Ряд общих наблюдаемых характеристик нарушений и заболеваний млекопитающих генетических обусловлен дисгенезией и дисфункцией ресничек. Таким образом, после выявления эти характеристики описывают набор признаков цилиопатии. [ 8 ]
Реснички недавно были вовлечены в широкий спектр генетических заболеваний человека благодаря «открытию того, что многочисленные белки, участвующие в заболеваниях млекопитающих, локализуются в базальных тельцах и ресничках». Например, только в одной области физиологии заболеваний человека, кистозной болезни почек , было выявлено, что гены и белки, связанные с ресничками, оказывают причинное влияние на поликистоз почек , нефронофтиз , синдром Сениора-Лёкена 5-го типа, орофацио-дигитальный синдром 1-го типа и синдром Барде. – Синдром Бидля . [ 7 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и ж г Адамс М., Смит У.М., Логан К.В., Джонсон Калифорния (2008). «Последние достижения в области молекулярной патологии, клеточной биологии и генетики цилиопатий» . Журнал медицинской генетики . 45 (5): 257–267. дои : 10.1136/jmg.2007.054999 . ПМИД 18178628 .
- ^ Ли Дж. Х., Глисон Дж. Г. (май 2010 г.). «Роль первичных ресничек в функции нейронов» . Нейробиол. Дис . 38 (2): 167–72. дои : 10.1016/j.nbd.2009.12.022 . ПМЦ 2953617 . ПМИД 20097287 .
- ^ Паулз-Гловер Н. (сентябрь 2014 г.). «Реснички и цилиопатии: классические примеры, связывающие фенотип и генотип - обзор». Репродуктивная токсикология (Элмсфорд, Нью-Йорк) . 48 : 98–105. Бибкод : 2014RepTx..48...98P . дои : 10.1016/j.reprotox.2014.05.005 . ПМИД 24859270 .
- ^ Херд Т.В., Хильдебрандт Ф (2011). «Механизмы нефронофтиза и связанных с ним цилиопатий» . Нефрон Эксп. Нефрол . 118 (1): е9–е14. дои : 10.1159/000320888 . ПМЦ 2992643 . ПМИД 21071979 .
- ^ Коули Б.Д., Бисслер Дж.Дж., ред. (2018). Поликистоз почек . Нью-Йорк: Спрингер. п. 87. дои : 10.1007/978-1-4939-7784-0 . ISBN 978-1-4939-7782-6 .
- ^ Кенни Т.Д., Билс PL (2014). Цилиопатии: справочник для клиницистов . Оксфорд: Издательство Оксфордского университета. ISBN 978-0-19-965876-3 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г Давенпорт-младший (2005). «Невероятное десятилетие для первичной реснички: взгляд на некогда забытую органеллу». AJP: Физиология почек . 289 (6): Ф1159–Ф1169. дои : 10.1152/ajprenal.00118.2005 . ПМИД 16275743 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к л м н тот Бадано Дж.Л., Мицума Н., Билс П.Л., Кацанис Н. (2006). «Цилиопатии: новый класс генетических нарушений человека». Анну Рев Геном Хум Генет . 7 : 125–48. дои : 10.1146/annurev.genom.7.080505.115610 . ПМИД 16722803 .
- ^ Тан К., Лю П., Пан Л., Ян В., Хоу Ф (2018)Цилиопатия человека с синдромом поликистозных яичников и множественными подкожными кистами: отчет о редком случае. Медицина (Балтимор) 97(50)
- ^ Jump up to: а б с д и ж Росс А., П. Л. Билз, Дж. Хилл (2008). «Клиническая, молекулярная и функциональная генетика синдрома Барде-Бидля». Генетика синдромов ожирения . Издательство Оксфордского университета . п. 177. ИСБН 978-0-19-530016-1 . Проверено 1 июля 2009 г.
- ^ Jump up to: а б Сатир П., Сорен Т. Кристенсен (26 марта 2008 г.). «Строение и функции ресничек млекопитающих» . Гистохимия и клеточная биология . 129 (6). Шпрингер Берлин / Гейдельберг: 687–693. дои : 10.1007/s00418-008-0416-9 . ПМК 2386530 . ПМИД 18365235 . 1432-119Х.
- ^ Д'Анджело А, Франко Б (2009). «Динамическая ресничка при заболеваниях человека» . Патогенетика . 2 (1): 3. дои : 10.1186/1755-8417-2-3 . ПМК 2694804 . ПМИД 19439065 .
- ^ Jump up to: а б с д «База данных цилиарного протеома, v3» . Введение в базу данных . Университет Джонса Хопкинса. 2008. Архивировано из оригинала 29 апреля 2019 года . Проверено 7 января 2009 г.
- ^ Тан П.Л., Барр Т., Инглис П.Н. и др. (2007). «Потеря белков синдрома Барде-Бидля вызывает дефекты периферической сенсорной иннервации и функции» . Учеб. Натл. акад. наук. США . 104 (44): 17524–9. дои : 10.1073/pnas.0706618104 . ПМК 2077289 . ПМИД 17959775 .
- ^ органов Цилиарный протеом. Архивировано 29 апреля 2019 г. на Wayback Machine , Ciliaproteome V3.0 - домашняя страница, по состоянию на 11 июня 2010 г.
- ^ Хайден ЕС (2008). «Биологические инструменты обновляют классификацию болезней» . Природа . 453 (7196): 709. дои : 10.1038/453709a . ПМИД 18528360 .
- ^ Валия С., Фишман Г.А., Сваруп А., Бранхам К.Е., Линдеман М., Отман М. и др. (март 2008 г.). «Диссонансные фенотипы у разнояйцевых близнецов, имеющих идентичную мутацию в экзоне ORF15 гена RPGR» . Архив офтальмологии . 126 (3): 379–384. doi : 10.1001/archophthalmol.2007.72 . ISSN 0003-9950 . ПМИД 18332319 .
- ^ Райтер Ж.Ф., Леру М.Р. (сентябрь 2017 г.). «Гены и молекулярные пути, лежащие в основе цилиопатий» . Обзоры природы. Молекулярно-клеточная биология . 18 (9): 533–547. дои : 10.1038/номер.2017.60 . ISSN 1471-0072 . ПМЦ 5851292 . ПМИД 28698599 .
- ^ Jump up to: а б с Модараж К., Малик С.А., Гогголиду П. (10 января 2022 г.). «Молекулярная диагностика цилиопатий и новые разработки в диагностике редких заболеваний» . Британский журнал биомедицинских наук . 79 : 10221. дои : 10.3389/bjbs.2021.10221 . ISSN 0967-4845 . ПМЦ 8915726 . ПМИД 35996505 .
- ^ «Генетическое тестирование» . Генетика чертежей . Проверено 15 февраля 2024 г.
- ^ Шамсельдин Х.Э., Шахин Р., Эвида Н., Бубшаит Д.К., Алкурая Х., Алмардави Э. и др. (июнь 2020 г.). «Морбидный геном цилиопатий: обновление» . Генетика в медицине . 22 (6): 1051–1060. дои : 10.1038/s41436-020-0761-1 . ISSN 1530-0366 . ПМИД 32055034 .
- ^ «PKD1 – обзор | Темы ScienceDirect» . www.sciencedirect.com . Проверено 15 февраля 2024 г.
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к л м н тот п д р с т в v В х и С аа аб и объявление но из в ах есть также и аль являюсь а к ап ак с как в В из хорошо топор является тот нет бб до нашей эры др. быть парень бг чб с минет БК с бм млрд быть б.п. БК бр бс БТ этот бв б бх к бз что КБ копия компакт-диск Этот см. cg ч Там СиДжей ск кл см CN со Бейкер К., Билс PL (2009). «Понимание ресничек при заболеваниях: цилиопатии человека» . Американский журнал медицинской генетики. Часть C: Семинары по медицинской генетике . 151С (4): 281–295. дои : 10.1002/ajmg.c.30231 . ISSN 1552-4876 . ПМИД 19876933 .
- ^ Кюттяля М. (май 2006 г.). «Идентификация гена синдрома Меккеля (MKS1) раскрывает новую цилиопатию» (PDF) . Национальный институт общественного здравоохранения . Архивировано из оригинала (PDF) 21 июля 2006 года . Проверено 6 июля 2008 г.
- ^ Гюнай-Айгюн М (ноябрь 2009 г.). «Заболевания печени и почек при цилиопатиях» . Am J Med Genet C Semin Med Genet . 151С (4): 296–306. дои : 10.1002/ajmg.c.30225 . ПМК 2919058 . ПМИД 19876928 .
- ^ Генная терапия устраняет дефекты ресничек и восстанавливает обонятельную функцию на модели цилиопатии млекопитающих.
- ^ Уотник Т., Джермино Дж. (август 2003 г.). «От ресничек к кисте» . Нат. Жене . 34 (4): 355–6. дои : 10.1038/ng0803-355 . ПМИД 12923538 .
- ^ Дельгадо-Эскуэта А.В. (2007). «Достижения в генетике ювенильной миоклонической эпилепсии» . Эпилепсия Курр . 7 (3): 61–7. дои : 10.1111/j.1535-7511.2007.00171.x . ПМК 1874323 . ПМИД 17520076 .
- ^ Ханна Х., Дэвис Э.Э., Мурга-Замаллоа К.А., Эстрада-Кузкано А., Лопес И., Ден Холландер А.И. и др. (2009). «Общий аллель RPGRIP1L является модификатором дегенерации сетчатки при цилиопатиях» . Природная генетика . 41 (6): 739–745. дои : 10.1038/ng.366 . ПМК 2783476 . ПМИД 19430481 .
- ^ Браун Дж. М., Уитман ГБ (1 декабря 2014 г.). «Реснички и болезни» . Бионаука . 64 (12): 1126–1137. дои : 10.1093/biosci/biu174 . ISSN 1525-3244 . ПМЦ 4420261 . ПМИД 25960570 .
- ^ Браукманн С (2012). «Карл Эрнст фон Бэр (1792–1876) и эволюция» . Международный журнал биологии развития . 56 (9): 653–660. дои : 10.1387/ijdb.120018sb . ISSN 0214-6282 . ПМИД 23319342 .
- ^ Абжанов А (2013). «Закон фон Бэра на века: утраченные и найденные принципы эволюции развития» . Тенденции в генетике . 29 (12): 712–722. дои : 10.1016/j.tig.2013.09.004 . ISSN 0168-9525 . ПМИД 24120296 . S2CID 9158143 .
- ^ Шрикумар В., Норрис Д.П. (1 июня 2019 г.). «Реснички и развитие» . Текущее мнение в области генетики и развития . Молекулярно-генетические основы заболеваний. 56 : 15–21. дои : 10.1016/j.gde.2019.05.002 . ISSN 0959-437X . ПМИД 31201996 . S2CID 189898579 .
- ^ Бисгроув Б.В., Йост Х.Дж. (1 ноября 2006 г.). «Роль ресничек в нарушениях развития и заболеваниях» . Разработка . 133 (21): 4131–4143. дои : 10.1242/dev.02595 . ISSN 1477-9129 . ПМИД 17021045 . S2CID 9975220 .
- ^ Гардинер М.Б. (сентябрь 2005 г.). «Как важно быть ресничками» . Бюллетень HHMI . 18 (2). Медицинский институт Говарда Хьюза . Архивировано из оригинала 11 марта 2010 года . Проверено 26 июля 2008 г.
- ^ Ланкастер, Массачусетс, Глисон Дж. Г. (июнь 2009 г.). «Первичная ресничка как клеточный сигнальный центр: уроки болезней» . Курс. Мнение. Жене. Дев . 19 (3): 220–9. дои : 10.1016/j.где.2009.04.008 . ПМЦ 2953615 . ПМИД 19477114 .