В поисках гена глухоты

Научные исследования С. Г. Журавского поддерживались грантами администрации г. Санкт-Петербурга и Президента РФ. Конечно, мы не могли не поговорить с Сергеем Григорьевичем о тех уникальных исследованиях, которые проводил он и его коллеги в регионах России, а также узнать результаты изучения распространенности мутаций в генах, являющихся причинами врожденной тугоухости и глухоты.

— Известно, что наиболее частым молекулярным фактором несиндромной тугоухости являются мутации гена GJB2. Расскажите о нем поподробнее.

— Действительно, мутации гена GJB2 — основные молекулярно-генетические причины наследственной рецессивной доречевой глухоты. Коннексин 26 — член большого семейства протеинов мембранных транспортных белков, формирующих цилиндрические межклеточные щелевые контакты.

Причиной тугоухости, ассоциированной с коннексином-26, могут быть различные мутации гена этого белка (как рецессивные, так и доминантные). В то же время наиболее частой является рецессивная мутация 35delG — единичная делеция одного из шести нуклеотидов гуанозинов (G) между положением 30 и 35 включительно. Полагают, что на долю 35delG приходится 70% всех мутаций GJB2 в европейской популяции, поэтому её выделяют в ранг так называемых «мажорных» для белого европейского населения.

— Насколько я знаю, вы как раз и занимались изучением распространенности мутации 35delG гена коннексина-26 (GJB2) среди разных популяционных групп. Каковы результаты этих исследований?

— Эту мутацию обнаружили в 1994 г. в Европе. В России её впервые выявила профессор Татьяна Геннадьевна Маркова в начале 2000-х годов, тогда она была докторантом в СПБ ЛОР НИИ. В нашей лаборатории традиционно было много пациентов с врожденной глухотой, и, найдя колаборантов в молекулярно-генетической лаборатории, мы тоже подключились к этой работе. Полученные уже первые результаты поразили количеством носителей гомозигот и гетерозигот среди наших пациентов. Генетическая глухота является самой частой врожденной генетической патологией человека.

Позднее меня более стала интересовать распространенность мутации в популяции здорового населения и её причины. Вы, наверное, не задумывались, но детская доречевая глухота (в более старшей возрастной группе — глухо-немота) — феномен, встречающийся на протяжении всей истории существования человечества. Считается, что мутация 35delG появилась и персистирует в геноме человека в течение последних 500 поколений — около 10 тысяч лет.

Упоминания о глухоте уже существуют у Гиппократа (ок. 460−377 гг. до н. э.). Другой мыслитель древности — Аристотель (IV век до н. э.), неоднократно наблюдая это явление, уже выделял «прирожденную и приобретенную» глухоту. Сюжеты, связанные с глухотой как физическим состоянием, присутствуют в текстах Ветхого и Нового Заветов. Византийский император периода раннего средневековья Юстиниан I упоминает о глухих в своем «Своде законов» (526 г.). В нашей отечественной истории врожденная глухота как явление у конкретного исторического лица, по-видимому, впервые упоминается при описании детства Ивана IV (Грозного). Андрей Курбский рассказывал о младшем брате русского царя — Юрии Васильевиче, князе Углицком, который «был без ума и без памяти и бессловесен».

Так вот, чувствуя столь интригующую актуальность, мы с коллегами решили начать изучение «глухой» мутации 35delG гена GJB2 среди здорового населения региона Северо-Запада. Это были 2008−2010 годы. Большую помощь в получении образцов крови оказали областные сурдологи О. В. Гринчик (Калининград), Е. В. Подлесный (Архангельск), Е. В. Жбанкова (Псков). Это была интересная работа: приходилось искать контакты, заинтересовывать, договариваться, ездить в другие города на станции переливания, а где-то даже самому брать в руки вакутейнер и проводить десятки заборов крови.

Было собрано 1 153 образца крови здоровых доноров, проживающих в крупных городах
Северо-Западного региона России: Санкт-Петербурге, Пскове, Архангельске, Калининграде и на территориях их областей. Наш анализ банка ДНК в обследуемых популяционных группах обнаружил стабильные показатели распространённости носительства 35delG на уровне 5% (табл. 1).

Наиболее памятна стала экспедиция в Ленинградскую область. Тогда автомобиля у меня не было, мне пришлось на полторы недели арендовать машину с водителем и приобрести переносные холодильники. Отправились мы в Подпорожский район Ленинградской области. Почему сюда? Есть геногеографическая специфика данного региона: это единственное место в нашей области, где сохранилось уникальное коренное население — народность вепсы, представители финно-угорской лингвистической группы, предки которых в древности осуществили миграцию с Северного Урала на территории русского Севера и современной Финляндии.

Вы поинтересуетесь, как удалось это организовать? Да, приехать незнакомому человеку в заброшенную деревню и попросить сдать анализ крови, не напугав, было непросто. Пришлось одновременно устраивать врачебные экспресс-консультации. На этапе подготовки экспедиции пришла в голову мысль взять с собой прибор для измерения давления и глюкометр с набором полосок. Эта нехитрая экипировка позволила многим дать нужные рекомендации. Мой водитель, Алексей Николаевич, родом из Нижегородской деревни, прочувствовавшись жизнью одиноких стариков, брался поколоть дрова, где это было особенно нужно.

Так был собран, как я считаю, ценнейший материал. Сегодня старожилов этих уже давно нет, дети живут в районных центрах и в Санкт-Петербурге. Если говорить о результате, то среди обследованных 12 деревень Подпорожского района (общее число обследованных — 218 человек) особенно выделялись три деревни: Винницы, Ярославичи и Ладва, где было обнаружено наибольшее количество носителей-гетерозигот 35delG (до 10−12% обследованного населения).

Эти населенные пункты считаются исторически наиболее древними из сохранившихся исконно вепсских поселений. Кроме того, деревня Ладва территориально наиболее удалена от центра Подпорожского района. Здесь и сегодня большинство взрослого населения говорит на родном (вепсском) языке, формируя в сочетании с характерными внешними чертами (поиск в интерне-
те позволит увидеть эти особенности: невысокий рост, светло-русые волосы, голубые глаза, округлая форма лица) своеобразный этнокультурный колорит этой местности.

Поскольку вепсский этнос считается одним из древнейших не только на территории современной Ленинградской области, но и на всем Северо-Западе России, именно он может являться изолированным резервуаром поддержания рецессивных мутаций на русском Севере.

Преимущественное обнаружение мутации среди жителей наиболее древних поселений вепсов: у 7 из 65 жителей деревень Ладва, Винницы, Ярославичи в сравнении с 5 из 153 жителей других, исторически более молодых поселений (что имеет статистически значимые различия), подтверждает существование так называемого «эффекта основателя» как условия появления и накопления гетерозигот. В то же время, помимо этого традиционного объяснения для
значительного распространения рецессивной «глухой» мутации в популяции здорового населения, могут быть и иные, более нестандартные предположения.

— Интересно узнать подробнее…

— Я придерживаюсь гипотезы, что возникновение и сохранение в природе рецессивных гетерозигот является результатом определённой биологической целесообразности, вызванной направленным эволюционным поиском. При этом «оптимальный» уровень гетерозигот гена коннексина 26 в популяциях, как мы можем полагать, поддерживается из века в век тысячелетиями с целью обеспечения определённого эффекта «биологической целесообразности» — селективных преимуществ для популяционной группы при форс-мажорных обстоятельствах. Известно, что еще в недавнем прошлом эволюционный отбор шел в направлении выработки устойчивости к эпидемическим инфекционным заболеваниям.

Так вот, есть данные исследований о том, что гомо- и гетерозиготные носители еще одной «глухой» мажорной мутации GJB2 — R143W, распространенной среди африканцев, имеют кожу с более широким слоем эпидермиса и повышенную секрецию Сl- и Na+ в кожном поте по сравнению с их же родственниками носителями дикого типа гена. Также считается, что ассоциированные с глухотой мутации GJB2 формируют условия повышенной клеточной выживаемости. Так, в культуре кератиноцитов гетерозиготное носительство рецессивных «глухих» мутаций GJB2 (M34T, W44C, R143W) ингибирует механизм одного из вариантов программируемой клеточной гибели — терминальной дифференцировки. Это приводит к утолщению слоя эпителия. Полагают, что в условиях in vivo эта особенность увеличивает барьерные свойства эпидермиса, чем способствует редуцированию бактериальных инвазий и инфекционного воспаления. Любопытно обратить внимание, что в патогенезе инвазии Shigella flexneri — возбудителя бациллярной дизентерии — задействовано также открытие канала коннексина 26. Известны биологические преимущества гетерозиготных носителей мутации другого распространенного рецессивного заболевания человечества — муковисцидоза.

Возбудитель сальмонеллеза Salmonella typhi использует для входа в клетку кишечного эпителия активный хлорный канал CFTR. Оказалось, что самая распространенная у европейцев мутация гена CFTR — delF508 — ограничивает инвазию S. typhi в эпителиальные клетки кишечника, что проявляется меньшей выраженностью тифоидной лихорадки. Поэтому крайне интересно выяснить, случайно ли явление значительной распространенности мутации 35delG гена GJB2, или же оно определяется каким-либо биологическим фактором целесообразности.

— Получается, природа сознательно сохраняет эту мутацию в популяции?

— Так и есть. Очевидно, что для природы, сформировавшей столь сложный и дающий так много преимуществ для выживания слуховой анализатор, нет эволюционного смысла в ретроградной его утрате. Видимо, в клинически малозаметных некохлеарных проявлениях рецессивных коннексиновых мутаций следует искать ключ к пониманию биологического смысла широкого распространения среди современных мировых этносов носительства мажорных «глухих» мутаций GJB2, придающих некие биологические преимущества своим носителям и через них соответствующей популяционной группе в целом. Уверен, что в рецессивных мутациях, подобных 35delG, генов, связанных, скажем, с функционированием эпителия верхних дыхательных путей, сегодня незаметно происходит селекция генома человеческой популяции по нечувствительности к вирусу COVID-19.

— А какие практические результаты дает изучение распространенности мутаций гена GJB2?

— В свое время это дало основание первоочередному скринингу мутации 35delG в гене GJB2 при медико-генетическом консультировании детей с детской доречевой глухотой, по крайней мере, среди жителей всей европейской части России.

Сегодня появляются и другие показания для генетического скрининга. Постановка генетического диагноза у ребенка в семьях здоровых родителей дает шанс рождения последующего потомства уже со 100%-ным слухом. Современные возможности вспомогательных репродуктивных технологий позволяют на этапе ЭКО получить пул здоровых эмбрионов. Повторюсь, что генетическая глухота является самой распространенной наследственной врожденной патологией.

— А есть ли другие мутации генов, способные оказать влияние на слуховую функцию?

— Конечно, и их много. К примеру, мутации в митохондиальной ДНК. Ряд из них, обнаруженных в генах, кодирующих компоненты белоксинтезирующего аппарата митохондрий — рРНК и тРНК вызывают несиндромную сенсоневральную тугоухость. В первую очередь речь идет о мутациях в гене 12S rRNA (A1555G, C1494T, вариации вблизи нуклеотидной позиции 961), приводящие к тугоухости даже после однократной инъекции антибиотиков из группы аминогликозидов. Участие этих мутаций в потере слуха подтверждено многими исследованиями.

В свое время нам удалось самим обнаружить на нашей группе пациентов четыре случая митохондриальной мутации A1555G. Это были пациенты с хроническим туберкулезом лёгких. В этой работе мне много помогли тогда еще студенты 5 курса нашего университета Ю. А. Дегтярева (между прочим, прапраправнучка знаменитого русского врача С. П. Боткина) и С. Тхенеш-кумар (студент из респ. Шри-Ланка). Кроме того, мне удалось поучаствовать в многоцентровом исследовании митохондриальных мутаций, которое организовала большой энтузиаст генетики нарушений слуха из Уфы доктор медицинских наук Л. У. Джемилева.

Совместно с коллегами было проведено изучение спектра мутаций в генах 12S rRNA и tRNASer (UCN) мтДНК у индивидов с нормальным слухом и у пациентов с тугоухостью/глухотой из различных этнических групп, проживающих на территории Российской Федерации: Волго-Уральский регион, Санкт-Петербург, Республика Саха (Якутия), Республика Алтай.

— Есть ли данные о частоте этой мутации в других странах?

— Да, разумеется. A1555G была обнаружена во многих регионах мира и ее распространенность составляет 0,5−2,5% у пациентов с тугоухостью и глухотой из европейских стран, за исключением необычно высокой частоты (27%), выявленной в группе пациентов из Испании. В азиатских странах частота A1555G, видимо, несколько выше: в Китае — 2,9%, в Японии — 3%, среди пациентов с тугоухостью (в том числе встречается у 10% пациентов с кохлеарными имплантами), в Индонезии — 5,3%. Нарушение слуховой функции у носителей мутации А1555G характеризуется различным возрастом начала заболевания, варьирующейся степенью потери слуха, но главный ее триггер — проведение терапии мино-гликозидными антибиотиками.

— А есть ли какие-то фенотипические признаки, которые могут выдать наличие генетической причины врожденной глухоты у ребенка?

— Это интересный вопрос, и я выскажу не совсем общепринятое мнение. Традиционно считается, что 35delG — это фактор несидромной тугоухости-глухоты, то есть других патологических симптомов при таком носительстве не должно быть. В то же время известно, что широкая экспрессия коннексинов в органах и тканях, в частности эпителиальных, в случае ряда других генетических мутаций определяет развитие синдромов с фенотипом сочетания тугоухости и дисплазий зубов, кишечника, челюстно-лицевых дисморфизмов, периферической нейропатии, а также патологии кожи (различных вариантов врожденных хронических гиперкератозов).

В свою очередь, наблюдая наших пациентов, мы отметили характерные стигмы волосяного покрова у носителей гомозиготной мутаций 35delG гена коннексина 26. У детей первых полутора лет жизни наблюдается крайне скудный волосяной покров на голове с ростом тонких, коротких, ломких, как правило, светлых, волос с типичными широкими залысинами в лобно-височных и теменных областях. При целенаправленном опросе родителей большинства детей с коннексиновой глухотой было выяснено, что активная смена волос приходится на период, когда состояние речевой задержки становится клинически явно заметным, будучи поводом для обращения к логопеду или детскому оториноларингологу. В то время, когда мы проводили это исследование, в России еще отсутствовал в широкой практике родильных домов аудиологический скрининг с помощью отоакустической эмиссии. Отмеченный феномен не был связан ни с выраженностью рахита, ни с исходным цветом волос родителей, ни с характером питания новорожденного (искусственное или грудное). Поскольку коннексин 26, помимо структур улитки, экспрессируется и в коже, в частности, в эпителиоцитах волосяного фолликула, нами была высказана гипотеза, что патогенез данного симптома, как и глухота, имеет связь с дисфункцией коннексинового щелевого контакта, вызванной мутацией 35delG гена GJB2.

— Как вы видите продолжение изучения темы генетики в разрезе профилактики и лечения нарушений слуха? Какие интересы и планы у вас как у ученого на сегодняшний день?

— Сегодня в Лаборатории слуха и речи в Санкт- Петербурге мы продолжаем консультировать и наблюдать пациентов с генетической детской глухотой. Есть желание продолжить молекулярно-генетические исследования с нашим богатейшим материалом, поэтому мы будем рады всем — и начинающим исследователям, и лабораторным коллективам с опытом, интересующимся вопросами генетики глухоты или смежными вопросами. Вместе мы можем задумать и провести ни на что непохожие оригинальные исследования и получить
интересные результаты.