Учёные выявили генетическую причину чрезвычайно редкого заболевания, вызывающего у молодых людей ослабление костей.
Идиопатический остеопороз — это заболевание костей, которое, по оценкам, затрагивает ежегодно около 0,4 человека на 100 тысяч. Подобно более распространенным формам остеопороза, этот недуг ослабляет кости, делая их хрупкими. Это увеличивает риск переломов даже при относительно слабых воздействиях, таких как кашель или наклоны. Большинство случаев остеопороза встречаются у людей старше 50 лет, особенно у женщин в постменопаузе, однако идиопатический остеопороз отличается тем, что спонтанно возникает у молодых и в остальном здоровых людей.
Точная причина идиопатического остеопороза остается неизвестной, однако болезнь, похоже, передаётся по наследству, и многие пациенты страдают от избыточных переломов костей в детстве. Этот факт указывает на возможную генетическую природу заболевания — и теперь ученые, возможно, смогли идентифицировать эту причину.
Исследователи провели генетический анализ, который показал, что мутации в определенном гене могут нарушать работу белка под названием MTNR1A, что, вероятно, частично способствует развитию идиопатического остеопороза. Учёные опубликовали свои выводы 16 октября в журнале Science Translational Medicine. Этот белок является рецептором на поверхности клеток, к которому присоединяется мелатонин, наиболее известный как добавка, способствующая сну.
Мелатонин — это гормон, который регулирует цикл сна и бодрствования, то есть суточные ритмы, которые переводят тело из состояния сна в бодрствование и обратно. Однако исследования показывают, что мелатонин может выполнять и другие функции, включая способность подавлять рак в некоторых условиях, снижать артериальное давление и контролировать процесс образования новой костной ткани.
В новом исследовании ученые секвенировали геномы 10 человек из одной семьи, несколько из которых страдали идиопатическим остеопорозом. (После завершения исследования выяснилось, что семья имела ашкеназские еврейские корни.)
В дополнение к семейным данным, исследователи проанализировали ДНК 75 женщин с этим заболеванием, которые не имели родственных связей.
Анализ выявил, что специфические мутации в гене, кодирующем белок MTNR1A, — rs374152717 и rs28383653 — могут быть связаны с заболеванием, так как эти мутации были обнаружены исключительно у людей с идиопатическим остеопорозом.
Затем команда расширила исследование, включив данные из крупных общедоступных баз данных. Было установлено, что эти редкие мутации чаще встречаются у ашкеназских евреев, чем в общей популяции, и также связаны с идиопатическим остеопорозом.
Мутация rs28383653 была особенно распространена среди женщин с идиопатическим остеопорозом: её носителями были около 4% людей в этой группе. Для сравнения, её частота составляла 1,7% среди ашкеназов в целом и 0,9% в общей популяции. Вариант rs374152717 был обнаружен у 40% членов семьи, 0,9% ашкеназского населения и 0,04% общей популяции. Это свидетельствует о том, что носители этих мутаций имеют более высокий риск развития идиопатического остеопороза.
В отдельных экспериментах исследователи использовали инструмент для редактирования генома CRISPR, чтобы ввести мутацию rs374152717 в человеческие костные клетки и клетки лабораторных мышей. Эта мутация привела к тому, что костные клетки производили дефектный рецептор мелатонина, что нарушало передачу сигналов мелатонина. У мышей мутация активировала клетки, известные как остеобласты, которые отвечают за образование костной ткани. Это привело к ускоренному старению клеток и снижению костной массы.
В совокупности результаты исследования поддерживают идею о том, что мелатонин потенциально можно использовать для лечения идиопатического остеопороза, заключила команда.
«Возможно, что, найдя способы восстановить активность этой цепочки передачи сигналов мелатонина у таких пациентов, мы сможем предотвратить дальнейшую потерю костной массы и переломы или восстановить дефекты костей», — сказала Ставрула Кустени (Stavroula Kousteni), соавтор исследования и профессор физиологии и клеточной биофизики в Колумбийском университете.
Однако «эти возможности необходимо будет проверить экспериментально», написала она в письме для Live Science.
Учёные отметили, что различные клинические испытания уже показали, что мелатонин может улучшать плотность костной ткани и предотвращать её потерю. Тем не менее, на данный момент исследование не указывает на способ исправления генетических мутаций, которые могут приводить к развитию заболевания.
