Genetyczne podłoże choroby Wilsona

Choroba Wilsona – aspekty genetyczne
Grażyna Gromadzka
Choroba Wilsona (Wilson disease, WND) należy do chorób uwarunkowanych
genetycznie, dziedziczona jest w sposób autosomalny recesywny [OMIM #277900].
Za wystąpienie choroby odpowiedzialne są mutacje genu ATP7B zlokalizowanego na długim
ramieniu chromosomu 13 (13q14.3). Gen ATP7B koduje ATP-azę7B – białko
odpowiedzialne za transport miedzi w komórce. Mutacje genu ATP7B skutkują powstaniem
białka ATP7B, które może się charakteryzować:
a) skróconym okres półtrwania,
b) nieprawidłową konformacją utrudniającą prawidłową kooperację z białkami
partnerskimi, w tym z białkiem ATOX1, które przekazuje ATP-azie 7B miedź wprowadzoną
do komórki za pośrednictwem transportera błonowego CTR1 (copper transporter-1);
przypuszczalnie zaburzona również zostaje interakcja ATP7B z białkiem COMMD1 (copper
metabolism MURR1 domain-containing protein 1), które uczestniczy m. in. w wydalaniu
miedzi do kanalików żółciowych w warunkach nadmiaru tego pierwiastka w komórce,
c) nieprawidłową lokalizacją w przestrzeni wewnątrzkomórkowej (np. w retikulum
endoplazmatycznym zamiast w strukturach Aparatu Golgiego).
Brak w pełni funkcjonalnej ATP-azy 7B prowadzi do zaburzeń w transporcie miedzi
i do gromadzenia się tego pierwiastka w wątrobie, mózgu i innych narządach.
Dotychczas opisano ponad 500 różnych zmian sekwencji genu ATP7B, spośród których
ponad 340 to mutacje patogenne. Wśród mutacji ATP7B dominują mutacje punktowe,
najczęściej jednonukleotydowe (czasem kilkunukleotydowe) delecje, insercje czy zamiany
(mutacje typu missense). Poszczególne grupy etniczne różnią się pod względem częstości
występowania mutacji ATP7B.
Potwierdzenie obecności mutacji patogennej w obu allelach ATP7B rozstrzyga
o rozpoznaniu WND (w skali Ferenciego pomocnej w diagnostyce WND osobom, u których
stwierdzona zostanie obecność mutacji patogennej w obu allelach ATP7B, przyznawane są
4 punkty).
Wyniki analizy DNA genu ATP7B są szczególnie istotne dla potwierdzenia diagnozy,
kiedy choroba charakteryzuje się nietypowym fenotypem: na przykład, gdy objawy
kliniczne wystąpią w nietypowo wczesnym bądź późnym wieku, czy też wtedy, gdy wartości
parametrów biochemicznych metabolizmu miedzi są prawidłowe bądź mieszczą się
na pograniczu normy.
Wyniki badań genetycznych mają istotną wartość dla chorych na WND przy podejmowaniu
decyzji o prokreacji. Badania genetyczne partnerów mają szczególne znaczenie w sytuacji
gdy w związku pozostają osoby spokrewnione. Jeśli u partnera osoby chorej zostanie
potwierdzone nosicielstwo zmutowanego allela ATP7B, po urodzeniu dziecka powinno się
wykonać badania neonatalne w celu potwierdzenia/ wykluczenia obecności mutacji ATP7B.
Potwierdzenie obecności mutacji w obu allelach genu ATP7B umożliwia wczesne
rozpoczęcie leczenia zmniejszającego przeładowanie organizmu miedzią, co często pozwala
zapobiec wystąpieniu objawów choroby. Obecnie uważa się, że wykonywanie diagnostyki
prenatalnej w kierunku WND nie jest uzasadnione, gdyż choroba podlega leczeniu
farmakologicznemu i jej rozpoznanie u płodu nie jest wskazaniem do przerwania ciąży.
Ze względu na dużą długość genu ATP7B (80kb) i różnorodność mutacji, które mogą
występować zarówno w sekwencji kodującej jak i niekodującej (ale istotnej np. dla regulacji
ekspresji białka), przydatność badań genetycznych w rutynowej diagnostyce WND jest
wciąż stosunkowo niewielka, ich koszt jest wysoki, a czas oczekiwania na wyniki długi.
W wielu populacjach rozkład genotypów ATP7B jest złożony, a większość chorych jest
złożonymi heterozygotami, posiadającymi dwie różne mutacje w genie ATP7B, co utrudnia
diagnostykę genetyczną WND. Jednak w niektórych populacjach zaobserwowano dominację
jednej bądź kilku mutacji w genie ATP7B. W takiej sytuacji możliwe jest opracowanie
1
stosunkowo niedrogich i szybkich (w porównaniu z badaniami metodą sekwencjonowania)
przesiewowych badań genetycznych, które są bardzo użyteczne w diagnozowaniu choroby.
Wśród chorych z WND w Polsce, 6 mutacji występuje z częstością powyżej 1%: c.3207C>A
(p.H1069Q), c.3402delC (p.A1135fs), c.4051C>T (p.Q1351X), c.2930T>C (p.T977M),
c.3818C>T (p.P1273L) oraz c.2332C>G (p.R778G). Wykonanie badań w kierunku obecności
tych mutacji pozwala na potwierdzenie rozpoznania WND na poziomie genetycznym
u około 80% chorych. W sytuacji, gdy w badaniu przesiewowym nie zostanie stwierdzona
obecność mutacji w obu allelach ATP7B, wskazane jest wykonanie analizy sekwencji całego
genu. Jednak obecnie stosowana technika sekwenjonowania DNA, w której analizowana jest
głównie sekwencja kodująca genu (eksony), nie umożliwia wykrycia patogennej mutacji
u około 10.0% chorych, zaś u około 25% mutację udaje się wykryć tylko w jednym allelu.
Niewykrycie mutacji patogennej w obu allelach genu ATP7B nie wyklucza rozpoznania
WND.
WND charakteryzuje się dużą różnorodnością obrazu klinicznego, która dotyczy nasilenia
zaburzeń metabolizmu miedzi, wieku chorych w chwili wystąpienia pierwszych objawów
klinicznych, obecności pierścienia Kaysera-Fleishera (jest to przebarwienie rogówki będące
następstwem gromadzenia się miedzi w błonie Descemeta), jak też postaci objawów
klinicznych z dominacją objawów wynikających z uszkodzenia wątroby, mózgu czy innych
tkanek/ narządów. Wysunięto hipotezę, że różnorodność mutacji w ATP7B może stanowić
przyczynę zmienności fenotypowej przejawiającej się w zróżnicowanym obrazie klinicznym
WND.
Przeprowadzenie analiz dotyczących zależności genotypowo-fenotypowych w WND
jest trudne ze względu na dużą różnorodność mutacji, niską częstość ich występowania
w poszczególnych populacjach oraz to, że rzadko występują one w postaci homozygotycznej.
Udowodniono, że mutacje typu zmiany ramki odczytu (inercja lub delecja) czy mutacje typu
nonsens są związane z bardziej nasilonymi zaburzeniami metabolizmu miedzi, a także
z wcześniejszym wystąpieniem pierwszych objawów WND, niż mutacje missense. Mutacje
typu zmiany ramki odczytu lub mutacje typu nonsens mogą prowadzić do poważniejszych
zaburzeń struktury/ funkcji ATP-azy7B niż mutacje missense, ponieważ skutkują
powstaniem białka, które ma w większym stopniu zmienioną sekwencję aminokwasów
lub też ma nieprawidłową długość łańcucha, w porównaniu z białkiem prawidłowym.
Białko kodowane przez gen z mutacją typu missense może się różnić tylko jednym
aminokwasem od białka prawidłowego.
Wśród mutacji missense łagodny efekt fenotypowy niesie mutacja c.3207C>A (p.H1069Q).
Jest to najczęściej występująca mutacja w Polsce, a także w innych krajach Europy:
w Niemczech, w Rosji, w dawnej Jugosławii, Austrii, na Węgrzech, w Grecji, w Szwecji,
w Danii, w Wielkiej Brytanii. Mutacja p.H1069Q jest związana z istotnie mniejszym
nasileniem zaburzeń w metabolizmie miedzi, a także z późniejszym wystąpieniem
pierwszych klinicznych objawów WNS, w porównaniu z innymi mutacjami. W niektórych
badaniach stwierdzono, że u homozygot p.H1069Q/p.H1069Q częściej występuje
neurologiczna postać WND.
Różnorodność mutacji genu ATP7B nie tłumaczy w pełni zmienności obrazu klinicznego
WND, która jest prawdopodobnie zdeterminowana wpływem innych czynników
modyfikujących wśród których wymienia się między innymi: spożycie miedzi z dietą,
aktywność mechanizmów antyoksydacyjnych, aktywność innych białek uczestniczących
w metabolizmie miedzi, wpływ zmienności genetycznej dotyczącej genów kodujących
cytokiny pro- i przeciwzapalne, apolipoproteinę E, białko prionu czy reduktazę
metylenotetrahydrofolianową.
2