Полиморфизм гена CFTR: влияние генетических вариаций (SNP, Indel, VNTR) на структурно-функциональную полноценность белка

1.

Полиморфизм гена CFTR: влияние
генетических вариаций (SNP, Indel,
VNTR) на структурно-функциональную
полноценность белка
Студенты 2 курса: Рафальский В.А. (Л2-245/2),
Тихонова М.Д. (Л2-242/2)

2.

CFTR как молекулярная модель полиморфизма
• Объект: Муковисцидозный
трансмембранный регулятор
проводимости (CFTR).
• Функция белка: ЦАМФ-зависимый
хлорный канал апикальной мембраны
(семейство ABC-транспортеров).
• Концепция: Тип полиморфизма
(выпадение кодона, точечная замена,
изменение числа повторов) строго
детерминирует судьбу белкового
продукта и механизм развития
муковисцидоза (Цитировано по Riordan
et al. 1989).

3.

Доменная архитектура мишени (UniProt)
• ID: P13569 (CFTR_HUMAN).
• Топология:
Два трансмембранных домена
(TMD1, TMD2) —
формирование поры.
Два нуклеотид-связывающих
домена (NBD1, NBD2) —
гидролиз АТФ.
Регуляторный R-домен — сайт
фосфорилирования
протеинкиназой А.

4.

Indel-мутация: делеция p.Phe508del
• Тип: In-frame делеция (Indel).
• Идентификатор: rs113993960.
• Генетическое событие: Утрата трех нуклеотидов (CTT) в экзоне 10 à потеря
аминокислоты фенилаланина в позиции 508.
• Частота: ~70–80% мутантных аллелей у пациентов с муковисцидозом.

5.

Судьба белка ∆F508: количественный
дефект
• Протеомика: Аминокислота F508
критична для взаимодействия NBD1 с
внутриклеточными петлями TMD.
• Механизм: Нарушение фолдинга
(термодинамическая
нестабильность).
• Итог: Белок отбраковывается
системой контроля качества
эндоплазматической сети (ERAD) и
подвергается убиквитин-зависимой
протеасомной деградации. До
мембраны канал не доходит
(Цитировано по Lukacs and Verkman
2012).

6.

SNP: Миссенс-мутация G551D
• Центросомы: BRCA1
локализуется на центросомах и
ограничивает их дупликацию
(Цитировано по Deng 2006).
• Механизм: Он гарантирует, что в
клетке будет только две центросомы
(два полюса деления).
• При поломке: Многополюсное
деление à Хаос в ДНК
(Анеуплоидия) (Цитировано по Deng
2006).

7.

Судьба белка G551D: качественный дефект
(Гейтинг)
• Протеомика: Белок G551D
сворачивается корректно и
достигает апикальной мембраны в
полном объеме.
• Механизм: Аспарагиновая кислота
блокирует связывание АТФ в
домене NBD1.
• Итог: Канал физически
присутствует на мембране, но его
«ворота» заклинило (дефект
гейтинга). Хлорный транспорт
отсутствует (Цитировано по Ramsey
et al. 2011).

8.

VNTR: поли-Т тракт интрона 8
• Тип: Вариабельное число тандемных повторов (VNTR/Микросателлит).
• Идентификатор: rs121908751.
• Генетическое событие: Вариация числа тимидинов Tn в акцепторном сайте
сплайсинга интрона 8.
• Варианты: 9T (норма), 7T (норма), 5T (патология, сниженная эффективность
сплайсинга).

9.

Судьба белка 5T: альтернативный сплайсинг
• Протеомика: Нарушение
процессинга мРНК на
сплайсосоме.
• Механизм: Аллель 5T приводит к
пропуску (skipping) соседнего
экзона 9 при «сшивании» РНК.
• Итог: Синтез усеченного,
нефункционального белка без
части первого нуклеотидсвязывающего домена.
Заболевание протекает в стертой
форме (атипичный муковисцидоз,
CAVD).

10.

Сравнительный молекулярный патогенез
• Интеграция данных:
Indel (∆F508): Нет белка на
мембране (деградация).
SNP (G551D): Белок на
мембране есть, но функция
равна нулю (закрыт).
VNTR (5T): Сниженное
количество частично
функциональных или
нефункциональных каналов.
• Вывод: Фенотип напрямую
зависит от того, на каком этапе
полиморфизм прервал
«жизненный цикл» белка.

11.

Таргетная терапия на основе типа мутации
• CFTR-модуляторы:
● Для SNP (G551D): Потенциаторы (Ивакафтор) — связываются с каналом на
мембране и принудительно открывают «ворота».
● Для Indel ($\Delta$F508): Корректоры (Лумакафтор) — действуют как
шапероны в ЭПС, защищая мутантный белок от деградации и помогая ему
достичь мембраны.
• Заключение: Глубокое понимание баз данных (UniProt, ClinVar) и механизмов
полиморфизма является фундаментом для персонализированной медицины.