ODKRYCIA Z ST.LOUIS – PITX1 ORAZ TBX4

W 2008 r. grupa naukowców z Washington University School of Medicine w St. Louis w Stanach Zjednoczonych, w której skład wszedł m.in. Dr Matthew B. Dobbs, opublikowała badania, wykorzystując do ich przeprowadzenia metodę mapowania genomów (ang. gene mapping). Jest to nowatorska metoda, dające lepsze rezultaty badawcze i dokładniejsze dane, ponieważ polega na sporządzaniu map, przedstawiających położenie poszczególnych genów na chromosomie.

PRZEDMIOT I METODA BADAŃ

W badaniu amerykańskich naukowców została opisana pięciopokoleniowa rodzina z Ameryki Północnej, której pochodzenie było europejskie. Pobrane od 13 członków rodziny próbki poddano mapowaniu genomu poprzez technologię Affymetrix GeneChip Mapping 10K i przeanalizowano pod kątem wystąpienia mutacji odpowiedzialnych za rozwój kończyn we wczesnym okresie zarodkowym. Mutacje te określane są jako PITX1 oraz TBX4. U wszystkich badanych w chromosomie 5q31 wykryto właśnie mutacje PITX1 oraz TBX4, gdzie gen PITX1 jest genem homeotycznym.

REZULTATY BADANIA

Badana rodzina obarczona była głównie dominującą idiopatyczną stopą końsko-szpotawą, gdzie wada została zasegregowana jako autosomalna dominująca cecha z niepełną penetracją. Najmłodsze dziecko miało obustronną stopę końsko-szpotawą, ale także obustronną przedosiową polidaktylię palców stóp, prawostronny brak kości piszczelowej, miało także dodatkowy mały płatek skóry u wejścia do ucha. Był to jednocześnie najcięższy z badanych w rodzinie przypadków.
5 członków rodziny było dotkniętych stopą końsko-szpotawą, 3 spośród nich cięższą deformacją po prawej stronie, jeden chłopiec miał wadę po lewej stronie. Dwie osoby miały obustronną stopę płaską (pes planus) – kości skokowe ustawione były skośnie. Jedna osoba miała wrodzoną dysplazję stawu biodrowego, a dwie niedorozwój rzepki, wpływający na funkcjonalność stawu kolanowego. Pozostali członkowie mieli inne wady związane z kończyną dolną.
Ciekawostką, która ujawniła się podczas badań było, że nosicielkami mutacji były zdrowe kobiety, co mogłoby potencjalnie wyjaśniać, dlaczego z wrodzoną stopą końsko-szpotawą rodzi się mniej dziewczynek. Mężczyźni byli wolni od przenoszenia wady, mimo, że ją posiadali.

Wykazano, że mutacje w genach PITX1 i TBX4 prowadzą do zmniejszenia umięśnienia kończyn dolnych i klasycznych fenotypów występujących u dzieci (i myszy) ze stopą końsko-szpotawą, a zatem nie jest wykluczone, że mutacja akurat tych genów jest odpowiedzialna za wyizolowane przypadki stopy końsko-szpotawej (osoby nie mają żadnych innych wad genetycznych). Niestety, te same mutacje mogą również być związane z syndromicznymi defektami wzrostu kości długich.
Badania nad genem TBX4 wykazały, że następują w nim mikroduplikacje (zdwojenia), które mają wpływ na kształtowanie się wady.
Niewątpliwie badania nad genami odkrytymi przez Amerykanów wymagają kontynuowania oraz doprecyzowania. Jest to światełko w tunelu dla odkrycia przyczyn powstawania stopy końsko-szpotawej.

Badania przeprowadzone przez Dr. J. Martina Collinsona wraz z zespołem badaczy Uniwersytetu Medycznego w Aberdeen, pokazały, że jeden z genów, określany jako LIMK1 ulega dynamicznej ekspresji podczas embriogenezy i jest obecny we wszystkich neuronach rozwijającej się cewy nerwowej w E 11.5, czyli w 11.5 dniu życia zarodkowego myszy, na których robiono część badań, jako że mysz ma zbliżony fenotyp do ludzkiego, co daje miarodajne rezultaty. Gen LIMK1 koduje jedną z kinaz (kinaza serynowo-treoninowa) o nazwie LIM-domain kinase 1 (Limk1). Kinaza ta fosforyluje, czyli przyłącza reszty kwasu fosforowego do określonych związków chemicznych, w tym przypadku do kofiliny (rodzaj białka), hamując jej aktywność do depolimeryzacji filamentów aktynowych (włókien białkowych znajdujących się w cytoplaźmie). W ten sposób przewidywana jest nadekspresja LIMK1 hamująca obrót aktyny, która jest białkiem, które jest elementem cytoszkieletu, biorącym udział m.in. utrzymywaniu (i zmianach) kształtu oraz ruchach komórki. Zgodnie z tym zjawiskiem, badacze wykazali, że neurony ruchowe myszy w zanikłych mięśniach strzałkowych (PMA – peroneal muscular atrophy) z nadekspresją <LIMK1 mają wysokie poziomy p-kofiliny i słabiej aksonują, w porównaniu z typem dzikim. In vivo najpoważniejszą konsekwencją tego wydaje się być utrata nerwu strzałkowego w wyniku jego silnej atrofii.

Spontaniczny autosomalny recesywny mutant „strzałkowej atrofii mięśniowej” (PMA) u myszy jest wiernym modelem morfologicznym ludzkiej stopy końsko-szpotawej. U myszy w PMA nie występują grzbietowe (strzałkowe) gałęzie nerwów kulszowych. W tym badaniu pierwotny defekt rozwojowy został zidentyfikowany jako obniżony wzrost neuronów w bocznej kolumnie nerwu kulszowego (LMC), prowadząc do wniosku, że nerw kulszowy zanika lub zostaje zredukowany, a wraz z nim cała sieć powiązanych nerwów, powodując atrofię mięśni strzałkowych.
Analizy genetyczne i molekularne wykazały, że mutacja działa na szlaku EphA4-Limk1-Cfl1 / kofilina-aktyna.
U kurczaków, zarówno eksperymentalne zwiększenie kinazy Limk1 przez elektroporację, jak i farmakologiczne hamowanie obrotu aktyny prowadziły do defektów we wzroście neuronów nerwowych kręgosłupa oraz do znalezienia ścieżki genu oraz naśladowania zniekształcenia końsko-szpotawego.

WAŻNA GENETYKA?

Dlaczego badania nad genetyką są tak ważne? Odpowiedź nasuwa się niemalże sama – znając przyczynę, będzie można łatwiej tę wadę przewidzieć i zastosować leczenie skuteczniej. Mimo, że odkrywane są coraz to nowsze geny, mutacje i kombinacje, nadal nie ma jednoznacznej odpowiedzi. Jednak próby rozwiązania genetycznej zagadki należy podejmować nieustannie.

RASOWE PODSTAWY

Wygląda na to, że rasowe pochodzenie nie jest bez znaczenia biorąc pod uwagę genetyczne podstawy wady. Wg badań C.S. Chung, przeprowadzonych w latach 1948-1958 na Hawajach, gdzie badano populację Hawajską wraz z jej odmianami (Hawajczycy, Chińczycy, Koreańczycy, Filipińczycy, Puertorykanie oraz „mieszanki” orientalne) pod kątem występowania stopy końsko-szpotawej, przywiedzenia przodostopia lub stopy piętowej (calcaneovalgus), wśród Hawajczyków występuje zdecydowanie większy odsetek wrodzonej stopy końsko-szpotawej niż np. u innych nacji (nacja bazowa: Kaukazczycy) i w parach mieszanych, w których jedno z rodziców jest Hawajczykiem ryzyko wzrasta, podczas gdy u innych orientalnych „krzyżówek” maleje.

Aż 7 na 1000 urodzeń dzieci ze stopą końsko-szpotawą to Hawajczycy, natomiast wśród Chińczyków odsetek ten wynosi tylko 0.39 na 1000 urodzeń.
Częstość występowania stopy końsko-szpotawej biorąc pod uwagę różnice rasowe oraz genetyczne uwarunkowania nadal nie jest jednoznaczne. Trudno jest to określić głównie ze względu na np. niewielką populację bazową, tak jak w badaniach Jianhua Wang z 1988 lub na zbyt niski odsetek innych nacji oraz częstą ich migrację. Nie można natomiast całkowicie wykluczyć, że rasa czy pochodzenie nie ma znaczenia w określeniu dziedziczenia wady.

STATYSTYKI

Wiele badań w kierunku „genetycznej” podstawy wady sugeruje, że pewne dane są spójne niezależnie od miejsca ich wykonywania i czasu oraz od czynników środowiskowych. Proste zestawienie znajduje się poniżej.