Генетические основы дефицита пируваткиназы: мутации в гене PKLR

Генетические основы дефицита пируваткиназы (ДПК) полностью связаны с наличием мутаций в гене PKLR. Это наследственное заболевание крови, относящееся к группе гемолитических анемий, при котором из-за генетического дефекта нарушается работа важного фермента в эритроцитах — красных кровяных тельцах. Понимание того, как именно мутации в гене PKLR приводят к развитию болезни, является ключом к точной диагностике, прогнозированию течения заболевания и планированию семьи.

Что такое ген PKLR и какова его роль в организме

Ген PKLR — это участок ДНК, который несет в себе инструкцию для производства фермента пируваткиназы. Существуют разные формы этого фермента, и ген PKLR отвечает за создание двух из них: типа L (для печени) и типа R (для эритроцитов). Для здоровья красных кровяных телец критически важен именно R-тип фермента.

Эритроциты, в отличие от большинства других клеток тела, не имеют митохондрий — клеточных «энергетических станций». Поэтому для получения энергии они полностью зависят от процесса, называемого гликолизом. Пируваткиназа играет ключевую роль на заключительном этапе гликолиза, помогая вырабатывать молекулу АТФ — универсальный источник энергии для клетки. Без достаточного количества АТФ эритроцит не может поддерживать свою форму, целостность мембраны и выполнять функцию переноса кислорода. Он становится хрупким и преждевременно разрушается (этот процесс называется гемолизом), что и приводит к анемии.

Таким образом, ген PKLR — это жизненно важная инструкция. Если эта инструкция содержит «ошибку» (мутацию), то организм производит дефектный фермент — пируваткиназу, который не может эффективно работать. В результате эритроциты испытывают энергетический голод и погибают раньше срока.

Механизм наследования дефицита пируваткиназы: как передаются мутации

Дефицит пируваткиназы наследуется по аутосомно-рецессивному типу. Это важно понимать, чтобы снять чувство вины, которое часто испытывают родители. Разберем этот термин по частям: «аутосомный» означает, что ген PKLR расположен не на половых хромосомах (X или Y), поэтому заболевание с одинаковой частотой встречается и у мужчин, и у женщин. «Рецессивный» означает, что для развития болезни человек должен унаследовать две дефектные копии гена — по одной от каждого из родителей.

Каждый человек имеет две копии гена PKLR. Возможны три варианта:

• Здоровый человек: обе копии гена PKLR нормальные.
• Носитель мутации: одна копия гена нормальная, а вторая — с мутацией. Такой человек здоров, так как одной работающей копии гена достаточно для выработки необходимого количества фермента. Однако он может передать дефектную копию гена своим детям.
• Человек с дефицитом пируваткиназы: обе копии гена PKLR содержат мутации. Нормальный фермент не производится, и развивается заболевание.

Когда оба родителя являются носителями мутации в гене PKLR (что часто выясняется только после рождения больного ребенка), вероятность для каждой беременности складывается следующим образом.

Важно осознавать, что эти вероятности не зависят от предыдущих беременностей. При каждой новой беременности шансы остаются такими же.

Какие бывают мутации в гене PKLR и как они влияют на тяжесть заболевания

На сегодняшний день известно более 300 различных мутаций в гене PKLR, которые могут вызывать дефицит пируваткиназы. Разнообразие этих «ошибок» в генетической инструкции и объясняет, почему тяжесть заболевания может сильно варьироваться от пациента к пациенту — от легкой, почти бессимптомной анемии до тяжелой формы, требующей регулярных переливаний крови с самого рождения.

Все мутации можно условно разделить на несколько типов. Вот основные из них:

• Миссенс-мутации: самый частый тип. Происходит замена одного «кирпичика» (нуклеотида) в ДНК на другой. В результате в белке фермента одна аминокислота заменяется на другую. Это может незначительно снизить активность фермента или сделать его полностью нефункциональным, в зависимости от того, насколько важна была замененная аминокислота.
• Нонсенс-мутации: приводят к появлению преждевременного стоп-сигнала в гене. Синтез белка обрывается, и получается укороченный, неработающий фермент. Обычно такие мутации вызывают тяжелую форму ДПК.
• Делеции и инсерции: происходит выпадение или вставка одного или нескольких нуклеотидов. Это приводит к «сдвигу рамки считывания», и вся последующая инструкция читается неправильно. Результат — полностью нефункциональный белок.
• Мутации сайта сплайсинга: нарушают процесс «сборки» финальной инструкции для синтеза белка, что также приводит к созданию дефектного фермента.

Часто у пациента с дефицитом пируваткиназы обнаруживаются две разные мутации (по одной от каждого родителя). Такое состояние называется компаунд-гетерозиготностью. Тяжесть заболевания в этом случае будет зависеть от комбинации этих двух мутаций. Например, сочетание одной «мягкой» миссенс-мутации и одной «тяжелой» нонсенс-мутации, скорее всего, приведет к умеренной форме болезни.

Диагностическое значение генетического анализа гена PKLR

Генетическое тестирование, а именно секвенирование (прочтение) гена PKLR, является «золотым стандартом» для подтверждения диагноза дефицита пируваткиназы. Этот анализ имеет огромное практическое значение по нескольким причинам.

Во-первых, он позволяет поставить окончательный и неоспоримый диагноз. Симптомы ДПК, такие как анемия, желтуха и увеличение селезенки, могут встречаться и при других наследственных гемолитических анемиях. Только генетический анализ точно указывает на первопричину.

Во-вторых, определение конкретных типов мутаций в гене PKLR помогает спрогнозировать тяжесть течения заболевания. Некоторые мутации ассоциированы с более легким течением, другие — с тяжелым. Эта информация важна для выбора тактики наблюдения и лечения пациента.

В-третьих, знание о мутациях в семье необходимо для медико-генетического консультирования. После того как мутации идентифицированы у больного ребенка, можно провести тестирование его братьев, сестер и других близких родственников, чтобы выявить бессимптомных носителей (каскадный скрининг). Это важно для их собственного будущего планирования семьи.

Генетическое консультирование: планирование семьи при наличии мутаций PKLR

Когда в семье установлен диагноз дефицита пируваткиназы или выявлено носительство мутаций в гене PKLR, генетическое консультирование становится важнейшим этапом для планирования будущего. Задача консультации — предоставить семье полную информацию о рисках и существующих возможностях, чтобы они могли принять взвешенное решение.

Для пары, где оба партнера являются носителями мутаций, существуют варианты планирования рождения здорового ребенка. Один из них — пренатальная диагностика. Во время беременности (обычно на сроке 10–12 недель) проводится исследование клеток плода, полученных путем биопсии ворсин хориона. Это позволяет определить генетический статус будущего ребенка и узнать, унаследовал ли он заболевание.

Другой современный подход — это преимплантационное генетическое тестирование (ПГТ). Оно проводится в рамках процедуры экстракорпорального оплодотворения (ЭКО). После оплодотворения у эмбрионов на 5–6-й день развития берется несколько клеток для анализа на наличие мутаций в гене PKLR. В полость матки переносятся только те эмбрионы, которые не унаследовали заболевание. Этот метод позволяет избежать необходимости прерывания беременности в случае неблагоприятного результата пренатальной диагностики.

Выбор пути всегда остается за семьей, но задача специалистов — предоставить всю необходимую информацию о генетических аспектах дефицита пируваткиназы и доступных репродуктивных технологиях.

Список литературы

1. Клинические рекомендации «Дефицит пируваткиназы». Разработчик: Национальное общество детских гематологов, онкологов. — Министерство здравоохранения Российской Федерации, 2021.
2. Grace R.F., Bianchi P., van Beers E.J., et al. Pivotal trial of mitapivat in pyruvate kinase deficiency. N Engl J Med. 2019; 381(10): 933-944.
3. Zanella A., Bianchi P. Red cell pyruvate kinase deficiency. Haematologica. 2000; 85(8): 855-860.
4. Hoffman R., Benz E.J., Silberstein L.E., et al. Hematology: Basic Principles and Practice. 7th ed. Elsevier; 2018.
5. Орфанные заболевания. Руководство для врачей / под ред. П.А. Воробьева, Е.А. Борисовой. — М.: Ньюдиамед, 2018. — 416 с.
6. van Beers E.J., van Straaten S., Morton D.H., et al. Prevalence and management of iron overload in pyruvate kinase deficiency: a worldwide patient-reported survey. Haematologica. 2019; 104(2): e47-e50.