• Мутации в генах белков К5 или К14 приводят к кожной болезни, называемой врожденная пузырчатка (буллезный эпидермолиз)-EBS
• Тяжелые случаи EBS связаны с накоплением нефиламентарной формы кератина
• Многие другие заболевания, связанные с хрупкостью тканей, вызваны близкими мутациями в других кератиновых генах
• Болезни, вызванные повышенной хрупкостью клеток, подтверждают существование у кератиновых промежуточных филаментов тканеукрепляющей функции
В начале 1990-х гг. был достигнут существенный прогресс в нашем понимании функциональной роли промежуточных филаментов. К этому времени относится установление того факта, что мутации в кератине К5 или К14, которые экспрессируются в клетках базального слоя эпидермиса, служат причиной редкого наследственного кожного заболевания, известного под названием буллезный эпидермолиз (EBS). На существование связи между мутациями в кератинах и EBS указывают три группы данных:
• У мышей, в клетках которых экспрессируются рекомбинантные мутантные гены кератина отмечены изменения кожи, близкие к наблюдаемым при EBS
• Методом генетического анализа клеток, полученных от членов семей, страдающих наследственной формой EBS, идентифицирована мутация в К14
• Белковые агрегаты в клетках кожи, полученных от больных EBS, очень похожи на кератиновые агрегаты, образующиеся в митозе. Иммуногистохимическими методами и секвенированием ДНК в них обнаружен дефектный К5
Для больных EBS характерна очень чувствительная кожа, которая легко травмируется при чесании, растирании и даже при ходьбе. Когда кожа подвергается такого рода воздействиям, базальные клетки разрушаются, и между базальной мембраной и выстилающими слоями интактных эпителиальных клеток накапливается экссудат, который заполняет пузыри образующиеся на коже. Если их не прокалывать, то они растут и распространяются по коже, однако обычно пузыри не оставляют после себя шрамов.
Юшническая тяжесть EBS широко варьирует и зависит от характера мутаций. Наиболее тяжелые случаи, которые характеризуются распространением пузырей даже при простом почесывании или потирании кожи, связаны с мутациями в пептидах на границе со спиральными областями в кератине, которые участвуют в сборке филаментов. Более стертая картина заболевания, при которой пузыри образуются только на ногах и руках, где кожа раздражается сильнее, связана с мутациями в области стержневого домена или в деспирализованных участках, где изменения последовательности аминокислот, вероятно, играют менее критическую роль.
Буллезный эпидермолиз (EBS) — заболевание, для которого впервые было показано,
что оно вызвано мутацией в гене, кодирующем белок промежуточных филаментов,
а именно в гене кератина К5 или К14.
Фотография больного иллюстрирует характерные волдыри, возникающие на коже при незначительном ее раздражении:
почесывании, растирании или при ношении тесной одежды.
На врезке представлен срез диагностического биоптата кожи, взятого после растирания кожи резиновым ластиком:
в базальном слое эпидермальных кератиноцитов видна полость, заполненная жидкостью, которая образовалась за счет разрыва клеток.
Большинство мутаций, связанных с EBS, относятся к доминантному типу. Это значит, что только одна из двух копий гена ответственна за изменение фенотипа: подобно слабому звену цепи, дефект субъединицы может нарушить функционирование полимерного филамента. Таким образом, EBS может наследоваться при передаче только одной дефектной копии гена (от одного из родителей). Однако зарегистрированы несколько случаев заболевания рецессивной формой EBS, при которой дефектными оказываются обе копии гена. Обычно это характерно для К14-нулевых мутаций, и у больных с нулевыми мутациями в обеих копиях гена К14 на коже образуются пузыри. Удивительно, однако, что они могут жить вообще без белка К14.
Установление связи между мутациями К5, К14 и EBS оказалось существенным прорывом в понимании роли промежуточных филаментов, поскольку было четко продемонстрировано, что кератиновые филаменты важны для придания клеткам ткани эпителия физической прочности. Когда нарушается целостность сети промежуточных филаментов, клетки становятся хрупкими и легко разрушаются при небольших физических воздействиях.
На основании известных данных по характеру экспрессии кератинов были проанализированы многие другие формы патологической чувствительности кожных покровов к физическим воздействиям. При этом было обнаружено, что по меньшей мере 25 отдельных клинических синдромов, характеризующих высокую чувствительность кожи, обусловлены мутациями по крайней мере в 19 кератиновых генах. Клинические проявления заболеваний, связанных с мутациями в различных кератинах, могут сильно варьировать в зависимости от типа клеток, в геноме которых они произошли.
Например, мутации в К1 или К10 приводят к легкому разрушению всех слоев супрабазальных кератиноци-тов, в то время как более поверхностные уплощенные пузыри образуются в результате мутаций во вторичном, поздно экспрессирующемся кератине К2. Мутации в нескольких кератинах, например в К9 (специфичном для клеток кожи ладоней и подошв) и К16, приводят к сильному огрубению кожи на этих местах. Патологическая чувствительность клеток супрабазального слоя эпителия полости рта и гениталий, связана с мутациями в белках К4 или К13, а также К16 и К6а. Другие кератиновые заболевания характеризуются фенотипом, который варьирует от сильного ороговения ногтей до образования пузырей на поверхности роговицы.
В отличие от большого набора мутаций в первичных кератинах К5 и К14, патологические мутации в генах кератинов, специфичных для дифференцированных клеток, в основном обнаруживаются в последовательностях, примыкающих к спиральным участкам, т. е. в наиболее консервативных областях, где у всех кератинов мутации имеют разрушительные последствия. При патологиях, связанных с вторичными кератинами, мутации, эквивалентные тем, которые вызывают среднюю форму тяжести EBS редки, хотя они, конечно, встречаются в популяции.
Это позволяет предполагать, что эффект мутаций во вторичных кератинах проявляется слабее. Наиболее вероятным кажется предположение о том, что супрабазальный кератиновый цитоскелет может укрепляться К5/К14 филаментами, сохранившимися от базальных клеток Близкие по морфологической картине кожные заболевания также могут быть связаны с мутациями в белках, связывающихся с кератином, например, в плектине и в белках десмосомных и полудесмосомных контактов.
Структура простых эпителиальных кератинов К8 и К18 у позвоночных отличается высоким уровнем консервативности. Эти кератины необходимы для нормального развития, однако мутации в них редко вызывают развитие патологических состояний у человека. Дефицит К8 у мышей приводит к гибели из-за плацентарной недостаточности, причем К8 и К18 оказывают защитный эффект от различных стрессорных воздействий на клетки. Не исключено, что такую же роль эти кератины играют и в клетках человека. У человека в К8 и К18 не обнаружены тяжелые, разрушительные мутации (в последовательностях, примыкающих к спиральной области).
Возможно, что эти мутации являются летальными. Обнаружены мутации «средней тяжести», причем они могут обусловливать риск возникновения многофакторных заболеваний, поражающих печень, поджелудочную железу и эпителий желудочно-кишечного тракта. Дефекты только в этих типах кератинов, совместимые с выживанием эмбриона, сами по себе могут не являться патогенными.
Белки промежуточных филаментов человека, относящиеся к гомологичной группе типа I (кератины типа I).
Белки сгруппированы в простые кератины (клетки простого эпителия), барьерные кератины (характерные для многослойного чешуйчатого эпителия и эпителия сложной структуры)
и в два типа структурных кератинов, связанных с эпидермальными элементами
Белки промежуточных филаментов человека, относящиеся к гомологичной группе типа II (кератины типа II).
Белки сгруппированы в простые кератины (клетки простого эпителия),
барьерные кератины (характерные для многослойного ороговевающего эпителия и эпителия сложной структуры)
и в два типа структурных кератинов, связанных с эпидермальным элементами.
