Белки ДНК-лигазы, которые способствуют образованию связей между отдельными цепями ДНК, играют решающую роль в репликации и поддержании ДНК. Геном человека кодирует три разных белка ДНК-лигазы, но только один из них — ДНК-лигаза III (LIG3) — экспрессируется в митохондриях. Поэтому LIG3 имеет решающее значение для здоровья митохондрий, а инактивация гомологичного белка у мышей вызывает глубокую митохондриальную дисфункцию и раннюю эмбриональную смертность.
В статье, недавно опубликованной в рецензируемом журнале Brain , группа европейских и японских ученых во главе с доктором Марико Танигучи-Икеда из больницы Университета здравоохранения Фудзита описывает группу из семи пациентов с новым митохондриальным заболеванием, вызванным двуаллельными вариантами ген, кодирующий белок LIG3, известный как ген LIG3. В их отчете содержится описание симптомов пациентов и механическое исследование эффектов мутаций.
Для доктора Танигути-Икеда расследование началось с ее желания помочь юному пациенту. «Я хотела поставить четкий клинический и генетический диагноз больному пациенту, — объясняет она, — потому что его старший брат скончался, а оставшийся в живых мальчик был направлен в мое амбулаторное отделение для подробных генетических тестов». Выполнив полное экзомное секвенирование ДНК выжившего пациента, доктор Танигути-Икеда обнаружил, что он унаследовал вариант p.P609L LIG3 от своего отца и вариант p.R811Ter LIG3 от своей матери. Родители сохранили высушенную пуповину умершего брата , и, проанализировав ДНК, извлеченную из этого источника, доктор Танигучи-Икеда подтвердил, что у брата были те же варианты LIG3.
Обнаружив новое генетическое митохондриальное заболевание, доктор Танигучи-Икеда пожелал провести дальнейшие исследования, выявив других пациентов с патогенными вариантами LIG3. Она не могла найти других подобных случаев в Японии, но благодаря сотрудничеству с доктором Макико Цуцуми из Университета здравоохранения Фудзита и европейскими исследователями, в том числе профессором Еленой Бонора из Университета Болоньи и профессором Роберто де Джорджио из Университета Феррары, она узнала двух европейских семей также затронуты такими вариантами. Одна была итальянской семьей, в которой три брата унаследовали вариант p.K537N от своего отца и вариант p.G964R от своей матери, а другая — голландская семья, в которой две дочери унаследовали вариант p.R267Ter от своих родителей. отец и вариант p.C999Y от матери.
Эти пациенты испытали сложный синдром, включающий тяжелую нарушение моторики кишечника и неврологические нарушения как наиболее часто наблюдаемые клинические признаки. Неврологические нарушения включали лейкоэнцефалопатию, эпилепсию, мигрень, инсульты и нейрогенный мочевой пузырь. Заметными изменениями в кишечнике были уменьшение количества нейронов в кишечнике, повышение уровня фиброза и эластина. Оценка мышечной патологии показала снижение интенсивности окрашивания цитохром-С-оксидазой.
Чтобы лучше охарактеризовать, как мутации LIG3 пациентов могут приводить к таким фенотипам, исследователи провели эксперименты как in vitro, так и на рыбках данио. Эксперименты in vitro с фибробластами, полученными от пациентов, показали, что мутации приводят к снижению уровней белка LIG3 и снижению активности лигазы. Последующий дефицит в поддержании митохондриальной ДНК во многом объяснил бы состояние пациентов. Эксперименты с рыбками данио показали, что нарушение гена lig3 вызывает изменения в головном мозге и нарушения транзита через кишечник, аналогичные тем, которые наблюдаются у пациентов.
Исследование выявляет новое заболевание, возникающее в результате нарушения работы гена, который играет важную роль в поддержании митохондриальной ДНК. Описывая важность этих результатов, доктор Танигучи-Икеда заключает: «Наше исследование может облегчить усилия по диагностике пациентов с митохондриальными заболеваниями. Наши результаты также будут полезны для будущих исследований системы репарации митохондриальной ДНК».