КАРТОЧКА
ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер 22-75-00134
НазваниеИзучение роли соматического мозаицизма в развитии и прогрессировании гипертрофии миокарда у пациентов с гипертрофической кардиомиопатией
РуководительБалашова Мария Сергеевна, Кандидат медицинских наук
Организация финансирования, регион Публичное акционерное общество "Центр Генетики и Репродуктивной Медицины "ГЕНЕТИКО", г Москва
| Период выполнения при поддержке РНФ | 07.2022 - 06.2024 |
Конкурс№70 - Конкурс 2022 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.
Область знания, основной код классификатора 05 - Фундаментальные исследования для медицины, 05-402 - Медицинская генетика
Ключевые словагипертрофическая кардиомиопатия, ГКМП, кардиомиопатии у детей, соматический мозаицизм, секвенирование нового поколения, MYH7, MYBPC3, межжелудочковая перегородка, расширенная миоэктомия, обструктивная ГКМП, двойная гетерозигота, генотип-фенотип корреляция
Код ГРНТИ76.00.00
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Гипертрофическая кардиомиопатия (ГКМП) является одним из наиболее распространенных генетических заболеваний и, по разным оценкам, встречается от 1:200 в популяции (B. Maron et al., 2015) до 1:1372 в Европе (D. Husser et al., PLoS One, 2018). Манифестация заболевания является возраст-зависимой, и основное число симптомных больных концентрируется в старших возрастных группах. Клиническая выраженность заболевания сильно варьирует. До 30% пациентов остаются бессимптомными в течение всей жизни, у значительной пациентов в течение жизни гипертрофия миокарда неуклонно прогрессирует, и они нуждаются в хирургическом лечении на 4-5 десятилетии жизни. Однако существует категория пациентов, у которых заболевание манифестирует рано, в подростковом или даже детском возрасте, и, как правило, имеет быстро прогрессирующий характер и сопровождается высоким риском внезапной сердечной смерти. У детей раннего возраста ГКМП встречается достаточно редко: от 1:100 000 до 1:200 000 (D. Nandi et al., 2021), и зачастую за этим диагнозом скрываются заболевания, имеющие гетерогенную природу (синдромные формы гипертрофии миокарда, наследственные болезни обмена). Ранняя манифестация заболевания, как правило, ассоциирована с плохим прогнозом, связанным как с быстрым нарастанием гипертрофии и развитием обструкции выносящего тракта левого желудочка, так и с высоким риском внезапной сердечной смерти, связанной с желудочковыми нарушениями ритма.
Заболевание является генетически гетерогенным. В настоящее время известны более 25 генов, кодирующих саркомерные белки миокарда и ассоциированные с ними белки, мутации в которых приводят к ГКМП. Внедрение в клиническую практику методов массивного параллельного секвенирования внушало большие надежды на установление генетических причин в подавляющем большинстве семей. Однако на практике с увеличением доступного объёма генетического исследования (отдельные гены-панели генов-экзом-геном) выявляемость патогенных вариантов существенно не изменилось. Развитие технологий привело к увеличеснию скорости и удешевлению тестирования, но не к существенному росту диагностической эффективности. Как и в начале 2000 годов, убедительные причины заболевания удается идентифицировать у 60-70% у взрослых больных ГКМП и в 30-40% случаев ГКМП у детей (Ware SM., 2017).
Несмотря на активное изучение заболевания, многие вопросы остаются нерешёнными. Одним из наиболее актуальных вопросов является поиск причин выраженного внутрисемейного клинического полиморфизма от тяжелой детской формы до необструктивного малосимптомного течения у носителей одной и той же герминальной мутации. Это существенно затрудняет прогноз и медико-генетическое консультирование, а также стратегию пренатальной диагностики этого заболевания.
Существует ряд предположений касательно того, какие факторы могут влиять на выраженность клинических проявлений при ГКМП: сюда относятся вариабельная экспрессивность и неполная пенетрантность, эпигенетические воздействия, влияние генов-модификаторов и образа жизни (Harper A.R. et al., 2021). В качестве особого фактора, потенциально влияющего на развитие ГКМП, можно рассматривать соматический мозаицизм. Исследование соматического мозаицизма при ГКМП существенно ограничивается инвазивностью образцов миокарда, и роль соматических мутаций в развитии и прогрессировании заболевания практически не изучена.
В настоящем исследовании планируется изучить представленность соматических мутаций в ткани миокарда оперированных молодых пациентов с ГКМП, у которых результаты секвенирования герминального экзома не позволяют убедительно объяснить выраженность гипертрофии миокарда.
Уникальность работы состоит в возможность провести сравнительное исследование герминального (ДНК лейкоцитов периферической крови) и соматического (ДНК из интраоперационного материала) генетического материала на предварительно тщательно обследованной выборке пациентов с ГКМП.
Ожидаемые результаты
Проект направлен на решение фундаментальной проблемы: поиск причин внутрисемейного полиморфизма ГКМП и анализ роли соматических мутаций миокарда в развитии и прогрессировании гипертрофической кардиомиопатии.
Планируется выполнить генетическое исследование образцов миокарда не менее 20 пациентов с ранней формой ГКМП, оперированных в возрасте от 12 до 29 лет, которым ранее было выполнено полноэкзомное секвенирование ДНК, полученной из лейкоцитов периферической крови, и у которых не было выявлено генетических вариантов, убедительно объясняющих наличие и выраженность гипертрофии миокарда.
В исследование будут включены 1) пациенты со спорадической формой ГКМП (оба родителя обследованы и здоровы), и у которых не было выявлено герминальных мутаций при полноэкзомном секвенировании 2) пациенты с семейной формой ГКМП, при манифестации заболевания не менее, чем на 15 лет раньше, чем средний возраст манифестации заболевания у родственников. Планируемое исследование позволит оценить роль соматического мутагенеза в развитии гипертрофии миокарда; при выявлении находок – оценить спектр и частоту соматических мутаций; верифицировать роль второй мутации в прогрессировании заболевания, получить новые данные о причинах выраженного внутрисемейного полиморфизма ГКМП в рамках одной семьи, оценить роль генетических факторов в модулировании клинических проявлений заболевания, позволит разработать подходы к максимально корректному медико-генетическому консультированию пациентов.
Лаборатория медицинской генетики ФГБНУ «РНЦХ им. Б.В. Петровского» располагает банком образцов миокарда, взятых интраоперационно при выполнении расширенной миоэктомии в условиях искусственного кровообращения, а также образцами ДНК, выделенных из лейкоцитов периферической крови тех же больных, результатами их клинического и инструментального обследования. Выделение ДНК и РНК из образцов миокарда планируется на базе ФГБНУ «РНЦХ им. Б.В. Петровского». Проведение полноэкзомного секвенирования ДНК образцов ДНК, выделенной из двух типов тканей, а также биоинформатический анализ данных, планируется выполнить на базе АО «ЦГРМ ГЕНЕТИКО».
Ожидаются следующие результаты исследования:
1. Будет проведен поиск соматических мутаций в ДНК, выделенной из образцов миокарда и их сравнение с результатами полноэкзомного секвенирования ДНК периферической крови.
2. Будет оценен вклад соматических мутаций в развитие ГКМП.
3. В случае обнаружения соматических мутаций, будет оценено их влияние на возраст манифестации и темпы прогрессирования гипертрофии миокарда.
Результаты исследования будут отражены не менее, чем в 3 публикациях в изданиях, цитируемых в международных системах Scopus и Web of Science. Эти результаты будут представлять большую ценность для всего мирового научного сообщества, так как в научной литературе исследований подобного рода не представлено.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Аннотация результатов, полученных в 2022 году
1.Проведен аналитический обзор информационных источников (анализ отечественной и зарубежной литературы по теме исследования).
Проведен обзор литературы с использованием базы данных Pubmed. Согласно полученным сведениям, гипертрофическая кардиомиопатия (ГКМП) является гетерогенным наследственным заболеванием, которое встречается у 0,2% населения, что делает ее одной из наиболее частых генетических болезней (Tuohy C.V. et al., 2020). Мутации в более чем дюжине генов, кодирующих белки, связанные с саркомерами, вызывают ГКМП. MYH7 и MYBPC3 являются двумя наиболее распространенными вовлеченными генами, вместе составляющими ≈50% семейств HCM. У ≈40% пациентов с ГКМП гены, вызывающие заболевание, еще предстоит идентифицировать.
Генетическое тестирование показано как пациентам с ГКМП, так и их родственникам для определения прогноза и оптимальной тактики лечения и обследования. Однако, анализ ДНК периферической крови позволяет выявить причинную мутацию только в 60%–70%, причем эта цифра актуальна для взрослых больных, а у детей причину обнаружить еще сложнее (Ware SM., 2017). Для ГКМП характерна чрезвычайно широкая вариабельность клинических проявлений, неполная пенетрантность и вариабельная экспрессивность, что затрудняет идентификацию ранее не описанных в литературе мутаций. Предполагается ряд факторов, способных объяснить гетерогенность клинических проявлений:
Различная экспрессия аллелей в течение жизни, у разных индивидуумов и в разных кардиомиоцитах (Gupta MP, 2007; Najafi A, 2015; Helms AS, 2014)
Эпигенетические воздействия: метилирование, ремоделирование хроматина, модификация гистонов (Clifford CP, 1998; Cui H, 2016, Zhang QJ, 2011)
Влияние генов-модификаторов и образа жизни (Wijnker P., 2019)
Соматический мозаицизм (СМ)
Феномен СМ наиболее изучен в области онкологии. Однако, имеется крайне мало публикаций, посвященных СМ при наследственных заболеваниях сердца. Механизм его действия аналогичен таковому для двухударной(Two-hit) модели канцерогенеза. Предполагается, что одна (герминальная мутация) присутствует во всех клетках организма с рождения, и появление второй, случайной мутации в соматической клетке может способствовать формированию тяжелой и ранней формы ГКМП. Однако, учитывая тот факт, что кардиомиоциты являются высокоспециализированными клетками, вышедшими из клеточного цикла, наиболее вероятно появление второй мутации на ранних сроках эмбриогенеза, а не в постнатальном периоде (Chun L, 2013; Cohen A.S.A. 2015).
В научной литературе встречаются очень немногочисленные упоминания выявления СМ у пациентов с кардиологическими заболеваниями. Рассмотрены работы, посвященные различным патологиям сердца:
1. Hsieh А. с коллегами разработали математический алгоритм для поиска мозаицизма при врожденных пороках сердца. В их работе проанализировано более 2500 полноэкзомных трио и тетрад, а также 70 образцов миокарда, полученных интраоперационно, в результате чего удалось обнаружить соматический мозаицизм у 5% детей с врожденными пороками сердца (Hsieh А. et al., 2020).
2. Встречаются немногочисленные упоминания выявления соматического мозаицизма у пациентов с фибрилляцией предсердий (Thibodeau I.L. et al., 2010; Gollob M.H. et al., 2006).
3. Исследование генома отдельных кардиомиоцитов показало, что в них с возрастом возникает от 4000 до 30000 соматических однонуклеотидных вариантов на клетку (Walsh C et al., 2021).
4. Соматический мозаицизм при ГКМП был описан на животной модели (линия мышей с мутациями саркомерных белков) (Wolf C.M. et al., 2005).
5. В исследовании Núñez L. с коллегами была предпринята попытка выявления патогенных соматических мутаций у пациентов с ГКМП, для чего был проведен анализ крови и образцов миокарда от 104 пациентов, у 41 из них удалось обнаружить причинную мутацию в крови. Однако, авторы отмечают, что во всех проанализированных случаях мутация в крови соответствовала мутации в миокарде, и рекомендуют в дальнейшем проводить поиск соматических мутаций у пациентов, негативных по мутациям (Núñez L. et al., 2013).
Таким образом, результативных исследований мозаицизма при ГКМП у человека не было найдено.
2. Выделение ДНК из образцов миокарда, полученных интраоперационно, а также из образцов периферической крови.
ДНК из образцов миокарда 8 пациентов выделена набором QIAamp DNA FFPE Tissue Kit.
ДНК из образцов крови 7 пациентам набором для экстракции ДНК из крови Promega.
3. Проведено полноэкзомного секвенирования ДНК из 8 образцов миокарда и 5 образцов крови и биоинформатическая обработка полученных данных с использованием стандартного пайплайна. У трех пациентов не найдено патогенных вариантов в образцах миокарда, у остальных результаты секвенирования миокарда позволили выявить тот же патогенный вариант, что и секвенирование крови. Биалелльных вариантов в образцах миокарда обнаружено не было. Было подсчитано количество соматических мутаций у 5 пациентов, которое составило от 5794 до 8923. Мы обнаружили тенденцию к увеличению количества вариантов в образцах миокарда с возрастом пациентов.
4. Проведена подготовка и верстка статей, отражающих результаты работ со ссылкой на полученный грант с указанием его номера. Подготовлено 3 статьи, опубликованных в журнале "Клиническая и экспериментальная хирургия
Журнал им. акад. Б.В. Петровского".
1)Заклязьминская Елена Валерьевна, Мотрева А.П., Калмыкова О.В., Мартьянова Ю.Б., Садекова М.А., Балашова М.С. Клинический полиморфизм проявлений гипертрофической кардиомиопатии у близнецов // Клиническая и экспериментальная хирургия. 2022. №4 (38). DOI: https://doi.org/10.33029/2308-1198-2022-10-4-00-00
2) Дземешкевич С.Л., Мотрева А.П., Арешидзе Д.А., Козлова М.А., Черников В.П., Мершина Е.А., Мартьянова Ю.Б., Калмыкова О.В., Тбер М., Петрова О.В., Балашова М.С., Садекова М.А., Заклязьминская Е.В. Ремоделирование левого желудочка и реконструкция митральной дисплазии при гипертрофической кардиомиопатии с обструкцией притока // Клиническая и экспериментальная хирургия. Журнал имени академика Б.В. Петровского. 2023. Т. 11, № 1. С. 129-137. DOI: https://doi.org/10.33029/2308-1198-2023-11-1-129-137
3) Дземешкевич С.Л., Мотрева А.П., Мартьянова Ю.Б., Калмыкова О.В., Садекова М.А., Заклязьминская Е.В. СОЧЕТАННЫЕ ОПЕРАЦИИ ПРИ ГИПЕРТРОФИЧЕСКОЙ КАРДИОМИОПАТИИ // Клиническая и экспериментальная хирургия. 2022. №3 (37).
Участие в конференциях, форумах, симпозиумах различного уровня.
09.12.2022 г. – участие в устном докладе «Внутрисемейный клинический полиморфизм при
гипертрофической кардиомиопатии: клиническое наблюдение». Юбилейная V Межвузовская (I Всероссийская) междисциплинарная научно-практическая студенческая конференция с международным участием «Генетика в системе медицинских наук».
14.12.2022 г. – устный доклад «Роль соматических мутаций в миокарде при первичных кардиомиопатиях». Заседание Московского общества медицинских генетиков.
Направлен и принят абстракт на Европейскую конференцию Генетики Человека (ESHG 2023) 10–13 июня , 2023. Будет опубликован постерный доклад "Somatic mosaicism in myocardial samples of patients with
severe hypertrophic cardiomyopathy"
5. Проведена обработка и анализ результатов исследований, формирование отчета. Проведен анализ клинических данных. Сформирована база данных в Microsoft Excel, включающая клинические, инструментальные и генетические данные.
Публикации
1. Дземешкевич С.Л., Мотрева А.П., Арешидзе Д.А., Козлова М.А., Черников В.П., Мершина Е.А., Мартьянова Ю.Б., Калмыкова О.В., Тбер М., Петрова О.В., Балашова М.С., Садекова М.А., Заклязьминская Е.В. Ремоделирование левого желудочка и реконструкция митральной дисплазии при гипертрофической кардиомиопатии с обструкцией притока Клиническая и экспериментальная хирургия. Журнал имени академика Б.В. Петровского, Т. 11, № 1. С. 129-137 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.33029/2308-1198-2023-11-1-129-137
2. Дземешкевич С.Л., Мотрева А.П., Мартьянова Ю.Б., Калмыкова О.В., Садекова М.А., Заклязьминская Е.В. Сочетанные операции при гипертрофической кардиомиопатии Клиническая и экспериментальная хирургия. Журнал имени академика Б.В. Петровского, Т. 10 №3 (37), стр. 59-63. (год публикации - 2022) https://doi.org/10.33029/2308-1198-2022-10-3-59-63
3. Заклязьминская Е.В., Мотрева А.П., Калмыкова О.В., Мартьянова Ю.Б., Садекова М.А., Балашова М.С. Клинический полиморфизм проявлений гипертрофической кардиомиопатии у близнецов Клиническая и экспериментальная хирургия. Журнал имени академика Б.В. Петровского, Т. 10, No 4. C.73-79 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.33029/2308-1198-2022-10-4-73-79