Генотипирование аллелей E2, E3, E4 гена APOE

Болезнь Альцгеймера является наиболее распространенной формой первичных дегенеративных деменций позднего возраста, которая характеризуется постепенным малозаметным началом в пресенильном или старческом возрасте и неуклонным прогрессированием расстройств памяти и высших корковых функций, а также характерным комплексом нейропатологических признаков – отложением амилоидных внеклеточных бляшек и внутриклеточных Тау-нейрофибрилл. Около 25% случаев данного заболевания являются наследственными и характеризуются ранним дебютом в возрасте до 65 лет. Семейные формы заболевания обусловлены мутациями трех генов – APP (amyloid precursor protein – белок-предшественник β-амилоида), PSEN1(пресенилин-1) и PSEN2 (пресенилин-2). Кроме того, описан ряд генов, полиморфизмы которых не являются непосредственной причиной БА, однако значительно повышают риск развития поздней формы данного заболевания. Наиболее значимым является полиморфизм гена АРОЕ, определенные аллели которого также служат маркером риска нарушений липидного обмена. Помимо гена АРОЕ идентифицировано около 20 других генов, незначительно увеличивающих риск развития БА (в частности, CLU, PICALM, CR1, ABCA7 и другие). Однако до конца их клиническая значимость неизвестна.

Ген АРОЕ расположен на длинном плече 19 хромосомы в локусе 19q13.32, содержит 4 экзона и кодирует белок аполипопротеин Е (АпоЕ), входящий в состав хиломикронов и липопротеинов низкой плотности (ЛПНП). Основная функция АпоЕ – участие в транспортировке холестерина к тканям в составе липопротеинов от мест его синтеза или всасывания. Таким образом, данный белок способствует удалению избыточного количества атерогенных ЛПНП и хиломикронов, а также обеспечивает клетки различных тканей холестерином, который необходим для построения клеточных мембран, синтеза стероидных гормонов и витамина D. Белок АпоЕ не способен проникать через гемато-энцефалический барьер, в связи с чем существуют две независимые фракции данного белка на периферии и в ЦНС. На периферии большая часть циркулирующего АпоЕ продуцируется печенью, в то время как в центральной нервной системе данный белок синтезируется преимущественно клетками микроглии и астроцитами. Роль данного белка в ЦНС заключается в доставке холестерина к нейронам через связывание с рецепторами ЛПНП для поддержания целости клеточной мембраны и синапсов, а также для их восстановления после повреждения.

Было обнаружено, что белок АпоЕ может существовать в трех изоформах – E2,E3,E4, которые обусловлены однонуклеотидным полиморфизмом гена АпоЕ в позициях 112 и 158. У наименее распространенной изоформы - AпoE2 (около 5-10% в популяции), в обеих позициях находится цистеин; АпoE3, в свою очередь, является самой распространенной изоформой (60-70%) и содержит цистеин в 112 позиции, аргинин – в 158. У AпoE4 (15-20%) в обеих упомянутых позициях располагается аргинин. Также описана изоформа АпоЕ1, в 112 позиции которой находится аргинин и в 158 – цистеин, однако данная изоформа (также обозначаемая APOE3r) встречается крайне редко: в литературе описано лишь 4 случая носительства данной аллели. Вследствие описанных минорных различий, изоформы белка АпоЕ имеют разную конформацию, а также отличаются уровнем аффинности к своим рецепторам, что определяет возможность их влияния на липидный обмен, а также на развитие атеросклероза и нейродегенеративных заболеваний. Так, например, изоформа АпоЕ2 характеризуется нарушением связывания AпoE с остатками хиломикронов, что приводит к их длительной циркуляции в крови и отложению липопротеинов в тканях и сосудах. Наличие гомозиготной аллели е2/е2 ассоциировано с гиперлипопротеинемией III типа, которая характеризуется повышением концентрации общего холестерина, триглицеридов, а также уровня липопротеинов промежуточной плотности.

Изоформа АпоЕ3 не влияет на риск развития атеросклероза и нейродегенеративных заболеваний – в гомозиготной форме данная аллель встречается у 60% людей в популяции. Кроме того, считается, что наличие данной аллели предотвращает аккумуляцию Тау-белка, который накапливается в нейронах при БА.

Изоформа АпоE4, связываясь преимущественно с липопротеинами очень низкой плотности, также приводит к нарушению регуляции рецепторного аппарата липопротеинов. Результатом этого является увеличение количества циркулирующих атерогенных ЛПНП, что повышает риск развития атеросклероза и сердечно-сосудистых заболеваний. Однако более значимой является ассоциация аллели е4 со значительным риском развития болезни Альцгеймера. Изоформа АпоЕ4 встречается примерно в половине спорадических случаев данного заболевания. Существует так называемый «дозо-зависимый» эффект, который заключается в том, что наличие одной копии аллели е4 (гетерозиготная форма) повышает риск развития БА примерно в 4 раза, в то время как наличие двух копий е4 (гомозиготная форма) ассоциировано с 8-12-кратным увеличением риска. Кроме того, наличие данной аллели характеризуется более ранним дебютом БА (в среднем, на 12 лет) и быстрой прогрессией заболевания.

На сегодняшний день известно, что изоформа АпоЕ4 ассоциирована с аккумуляцией бета-амилоида, однако точный механизм патогенеза до сих пор не ясен. Одна из гипотез заключается в том, что наличие аллели е4 приводит к недостаточному клиренсу бета-амилоида вследствие нарушения его лизосомальной и ферментативной деградации протеазами астроцитов, а также нарушения его транспорта через гемато-энцефалический барьер в системный кровоток, что способствует отложению амилоида во внеклеточном пространстве ЦНС. Кроме того, обнаружено, что в нейронах, продуцирующих изоформу АпоЕ4, снижена экспрессия рецепторов LRP1, что также может объяснить нарушенный клиренс амилоида при БА. Однако также существует ряд работ, доказывающих, что АпоЕ4 способен напрямую повышать склонность бета-амилоида к агрегации за счет протеин-протеинового взаимодействия и формирования АпоЕ-амилоидных комплексов, а также повышать продукцию амилоида за счет влияния на активность γ-секретазы. Считается, что склонность бета-амилоида к агрегации ассоциирована с изоформами АпоЕ в следующей зависимости: АпoE4 > АпoE3 > АпoE2. При этом вклад изоформ в клиренс амилоида определяется в обратной последовательности. Поскольку изоформа АпоЕ2 ассоциирована с наименьшей агрегацией амилоида и лучшим его клиренсом, считается, что наличие аллели е2 обладает протективным эффектом в отношении болезни Альцгеймера.

Клинические проявления болезни Альцгеймера характеризуются постепенным малозаметным началом в пресенильном или старческом возрасте и неуклонным прогрессированием расстройств памяти и высших корковых функций. Нарушения липидного обмена проявляются симптоматикой атеросклеротического поражения сосудов, в том числе, стенокардией, инфарктом миокарда, ишемическим инсультом, а также видимыми отложениями липидов на ладонях и веках (ксантомы и ксантелазмы), изменениями в липидограмме.

Интерпретация

Диагностика риска развития болезни Альцгеймера и нарушений липидного обмена основана на типировании аллелей е2, е3, е4 гена АроЕ, расположенного на длинном плече 19 хромосомы в локусе 19q13.32 и кодирующего белок аполипопротеин Е (АпоЕ). Тип наследования данного гена аутосомно-кодоминантный. Необходимо отметить, что наличие определенных аллелей АроЕ повышает риск развития описанных патологий, однако также может встречаться у здоровых лиц, поскольку в патогенез, вероятно, вовлечены не только генетические, но и средовые факторы. Кроме того, вносить вклад в развитие заболевания могут наличие коморбидных патологий и определенная этническая принадлежность. Таким образом, интерпретация результатов должна проводиться с только учетом клинических проявлений и анамнеза.

Исследование проводится методом полимеразной цепной реакции.

• Выявление генотипа е2/е2 свидетельствует об увеличенном риске развития гиперлипопротеинемии III типа

• Выявление аллели АпоЕ4 в гомозиготной (е4/е4) или гетерозиготной форме (е2/е4, е3/е4) свидетельствует о повышенном риске развития болезни Альцгеймера, а также атеросклеротического поражения сосудов

• Генотип е3/е3 гена APOE обнаруживается у 60% людей и не увеличивает риск развития болезни Альцгеймера и нарушений липидного обмена.