Американські дослідники провели повноекзомний аналіз пацієнтів, а також експерименти на клітинних культурах та мишах і дійшли висновку, що мутації гена рецептора до мелатоніну можуть спричиняти ідіопатичний остеопороз. Звіт про роботу опубліковано в журналі Science Translational Medicine.
Ідіопатичний остеопороз є рідкісною формою захворювання, яка розвивається в відносно ранньому віці (зазвичай до 50 років) без видимих метаболічних або ендокринних причин. Її патогенез загалом невідомий, але є вказівки те що, що може варіюватися. Також у багатьох пацієнтів простежується сімейний анамнез, що свідчить про можливу генетичну природу захворювання. При цьому в дослідженнях у 123 молодих пацієнтів та 75 жінок до менопаузи потенційно патогенні генетичні варіанти здебільшого виявити не вдалося.
У пошуку потенційних генетичних факторів розвитку ідіопатичного остеопорозу Ставрула Кустені (Stavroula Kousteni) з Колумбійського університету в Нью-Йорку з колегами провели повноекзомне секвенування геномної ДНК 10 членів сім'ї євреїв-ашкеназів, троє членів якої страждали. У них було виявлено 86 однонуклеотидних варіантів, 16 з яких відзначалися у всіх хворих (чоловіки 59 років та його синів 28 та 24 років), а також у матері цього чоловіка (83 роки), вік початку остеопорозу у якої відомий не був. 15 з них були несинонімічними замінами, а один був сплайсингової мутацією (rs374152717) гена MTNR1A (MTNR1Ac.184+1G>T), що кодує мелатоніновий MT1-рецептор, яка була тільки у чотирьох перелічених членів сім'ї. Оскільки відомо, що мелатонін бере участь у регуляції формування та резорбції кісткової тканини, дослідники зосередилися на варіантах гена MTNR1A.
Аналіз доступних генетичних баз даних показав, що гетерозиготний rs374152717 зустрічається рідко в загальній популяції, але частіше у євреїв-ашкеназів, а гомозиготний взагалі не зустрічається. Додатковий аналіз даних попередньої когорти з 75 пацієнток виявив у трьох із них інший варіант MTNR1A - rs28383653 (міссенс-мутація), який зустрічається дещо частіше і в загальній популяції, і у євреїв-ашкеназів, і зрідка буває гомозиготним. За даними репозиторію UK Biobank, у носіїв rs374152717 остеопороз (будь-який) спостерігався у вісім, а rs28383653 — у чотири рази частіше, ніж у людей без цих варіантів.
Подробный анализ клинической истории, лабораторных анализов и минеральной плотности костей семьи ашкеназов и когорты женщин с идиопатическим остеопорозом показал, что rs374152717 ассоциируется с низкой плотностью костной ткани, переломами преимущественно мелких и средних костей конечностей, гиперкальциурией и почечными камнями, а rs28383653 — с множественными переломами позвонков, ребер, костей таза и конечностей при нормальном уровне кальция в моче и отсутствии камней.
Анализ мышиных и человеческих остеобластов показал, что экспрессия MTNR1A в них повышается во время остеогенной дифференцировки; фармакологическая стимуляция этих рецепторов повышала, а блокада — снижала выработку маркеров остеогенеза. Выяснив это, авторы работы с помощью системы CRISPR-Cas9 создали мышей с мутацией, аналогичной rs374152717 (затронутый ей участок донора сплайсинга эволюционно консервативен у мыши и человека) и скрещивали их с обычными животными для получения гетерозигот. У таких мышей уже в молодости (возрасте трех месяцев) наблюдались такие нарушения костной минерализации как сниженные удельный объем костей, скорость их формирования, уровень аппозиции минералов и количество остеобластов в трабекулярной области при повышенных плотности остеокластов и экскреции кальция с мочой. Кроме того, у них была снижена экспрессия маркеров остеогенеза при дифференцировке остеобластов и повышена — маркеров p53-зависимой сенесценции (старения) этих клеток.
Эксперименты с человеческими клеточными культурами, гетерозиготными по rs28383653, показали, что в них возможны три варианта сплайсинга MTNR1A: нормальный, кодирующий полноценный рецептор (2,1 тысячи пар оснований), и два урезанных (около 800 и 700 пар оснований), содержащих преждевременные стоп-кодоны. Это приводило к нарушению регуляции активируемых мелатонином сигнальных путей, в частности связанных с потенциалзависимыми кальциевыми каналами и киназами MAPK (ERK1/2). Результатом этого становилась остановка клеточного цикла, приводящая к клеточному старению (но не апоптозу) и накоплению сенесцентных клеток.
Таким образом, дисфункциональные варианты гена мелатонинового рецептора могут приводить к сенесценции остеобластов и, как следствие, нарушению формирования костной ткани, что лежит в основе развития по меньшей мере некоторых форм идиопатического остеопороза. В частности, вариант rs374152717 связан со значительно повышенным риском этого заболевания в популяции евреев-ашкеназов, заключают авторы работы.
Нарушения формирования костной ткани встречаются в практике не только современных врачей, но и палепатологов. Так, российские ученые, которые провели анализ останков мужчины из могильника пазырыкской культуры, пришли к выводу, что он страдал диффузным идиопатическим скелетным гиперостозом и крайне тяжелым остеопорозом.
