Сегодня муковисцидоз рассматривают как заболевание, связанное с нарушением функции белка CFTR. Но к этому пониманию медицина пришла не сразу.
Первые систематические описания муковисцидоза относятся к 1930-м годам. В 1938 году американский патолог Дороти Андерсен описала заболевание поджелудочной железы, которое впоследствии стало рассматриваться как самостоятельная нозологическая форма муковисцидоза. На тот момент о его генетической природе и механизмах развития было известно очень мало.
Следующий важный этап был связан с изучением электролитного обмена. В конце 1940-х — начале 1950-х годов исследователи обнаружили, что пот у людей с муковисцидозом содержит значительно больше соли. Это наблюдение стало основой для разработки потового теста, который впоследствии был стандартизирован и стал важным методом диагностики муковисцидоза.
В 1983 году Пол Куинтон показал, что при муковисцидозе в протоке потовой железы нарушена реабсорбция хлорида: его проницаемость снижена, поэтому NaCl в недостаточной степени возвращается из пота обратно в организм. Это объясняло высокую концентрацию соли в поте и стало важным доказательством того, что муковисцидоз связан с нарушением транспорта ионов через эпителиальные клетки.
Оставался главный вопрос: какой ген вызывает это нарушение?
В середине 1980-х годов для поиска гена использовали метод генетического сцепления. Исследователи не знали, где именно находится дефектный ген, но могли искать участки ДНК, которые наследовались вместе с муковисцидозом в семьях. В 1985 году две независимые исследовательские группы локализовали ген в длинном плече 7-й хромосомы — в области 7q31.
Это был принципиально новый этап. Ген еще не был найден, но исследователи получили своеобразную «карту», указывающую, где его искать. Дальше началась сложная работа: ученым предстояло исследовать большой участок 7-й хромосомы фрагмент за фрагментом, определить их последовательность и расположение относительно друг друга. Используя метод позиционного клонирования (positional cloning), исследователи постепенно сужали область поиска, пока не вышли непосредственно на ген муковисцидоза.
В работе участвовали несколько научных групп. Среди ключевых исследователей были Лап-Чи Цуй и его коллеги из Hospital for Sick Children в Торонто, Фрэнсис Коллинз, Джек Риордан, а также Бат-Шева Керем, Йоханна Ромменс и другие ученые. В 1989 году результаты были опубликованы практически одновременно в трех работах в журнале Science.
И только в 1989 году ген муковисцидоза был идентифицирован
Ему дали название CFTR — cystic fibrosis transmembrane conductance regulator. Исследователи определили последовательность кодируемого им белка и обнаружили вариант, при котором из белка выпадает фенилаланин в положении 508 вследствие делеции трех нуклеотидов. Сегодня этот вариант известен как F508del и является наиболее распространенным вариантом CFTR среди многих популяций.
Однако обнаружить ген было недостаточно. Следовало понять, что делает белок CFTR.
В 1990 году несколько исследовательских групп показали, что введение нормального CFTR в клетки с муковисцидозом восстанавливает нарушенный транспорт хлорида. Это стало первым прямым функциональным подтверждением связи найденного гена с основным клеточным дефектом заболевания.
В 1991 году было получено окончательное подтверждение: CFTR оказался регулируемым каналом для хлорида. Его работа зависит от внутриклеточного цАМФ и АТФ. Таким образом, цепочка стала понятной: мутация CFTR → нарушение функции белка → нарушение транспорта хлорида и других анионов → изменение свойств секрета эпителия → развитие проявлений муковисцидоза.
Почему открытие CFTR стало переломным
До 1989 года муковисцидоз был заболеванием, механизм которого пытались объяснить преимущественно через физиологические нарушения. После открытия CFTR появилась возможность изучать заболевание на молекулярном уровне: определять конкретные варианты гена, классифицировать нарушения функции белка и искать способы воздействовать непосредственно на дефект CFTR.
Именно поэтому открытие гена стало не просто очередным достижением генетики. Оно заложило основу для молекулярной классификации муковисцидоза и разработки терапии, направленной непосредственно на CFTR. Сегодня этот принцип лежит в основе применения CFTR-модуляторов.
От первой клинической характеристики заболевания до идентификации его гена прошло более 50 лет. И еще несколько десятилетий потребовалось, чтобы путь от обнаруженной мутации и дефектного белка привести к терапии, воздействующей на саму причину нарушения.
История CFTR хорошо показывает, как фундаментальные исследования — от изучения состава пота до картирования хромосомы и клонирования гена — постепенно меняют возможности диагностики и лечения муковисцидоза.
Источники:
- Riordan J.R. et al. Identification of the cystic fibrosis gene: cloning and characterization of complementary DNA. Science, 1989.
- Kerem B. et al. Identification of the cystic fibrosis gene: genetic analysis. Science, 1989.
- Rommens J.M. et al. Identification of the cystic fibrosis gene: chromosome walking and jumping. Science, 1989.
- Wainwright B.J. et al. Localization of cystic fibrosis locus to human chromosome 7cen-q22. Nature, 1985.
- Rich D.P. et al. Expression of cystic fibrosis transmembrane conductance regulator corrects defective chloride channel regulation… Nature, 1990.
- Anderson M.P. et al. Demonstration that CFTR is a chloride channel by alteration of its anion selectivity. Science, 1991.
