Wpływ czynników
epigenetycznych na predyspozycję do występowania oraz na postać
kliniczną skoliozy idiopatycznej - badanie globalnej metylacji DNA oraz
lokalnej metylacji wysp CpG genów receptorów
estrogenowych typu 1 i typu 2 oraz genu ladybird homeobox 1
|
Skolioza idiopatyczna jest najczęstszą chorobą kręgosłupa w wieku młodzieńczym. Choruje na nią 2-3% społeczeństwa. Mimo licznych badań jej etiologia pozostaje nieznana. Nie wiadomo również, dlaczego w niektórych przypadkach jej przebieg może być stabilny, a w innych prowadzić do dużego skrzywienia kręgosłupa. W ostatnich latach podłoże genetyczne skoliozy idiopatycznej był intensywnie badane na podstawie polimorfizmów (różnic w sekwencji DNA). Wśród badanych genów były receptory estrogenowe typu 1 i typu 2 (ESR1 i ESR2), które są związane z rozwojem i dojrzewaniem płciowym. Innym genem, którego polimorfizmy wykazują silny związek z skoliozą idiopatyczną jest ladybird homeobox 1 (LBX1), odpowiadający za migrację prekursorów komórek mięśniowych i ich dojrzewanie. Pomimo wykazanego związku badanych polimorfizmów DNA ze skoliozą idiopatyczną, badania te nie wyjaśniają mechanizmu powstania choroby. W ostatnim czasie pojawiły się teorie, że do czynników modyfikujących w przypadku skoliozy idiopatycznej mogą należeć czynniki epigenetyczne. Czynniki epigenetyczne nie są związane z sekwencją DNA, lecz wpływają na ekspresję genów. Jednym z mechanizmów epigenetycznych jest metylacja DNA, która powoduje zmniejszenie ekspresji genów.
Do grupy badanej włączono pacjentów leczonych operacyjnie z powodu skoliozy idiopatycznej. Do grupy kontrolnej włączono pacjentów w podobnym wieku, którzy przeszli operację kręgosłupa z powodu innego niż skolioza idiopatyczna. W trakcie operacji zostały pobrane trzy próbki mięśni: (A) głębokie mięśnie przykręgosłupowe po stronie wypukłej szczytu skoliozy, (B) głębokie mięśnie przykręgosłupowe po stronie wklęsłej szczytu skoliozy, (C) mięśnie powierzchowne, oraz próbka krwi. Od każdego pacjenta uzyskano pisemną zgodę na udział w badaniu. Badanie zostało zatwierdzone przez Komisję Bioetyczną.
Przeprowadzono ocenę kliniczną, radiologiczną, zbadano metylacji DNA w okolicy regulatorowych genów ESR1, ESR2 i LBX1 oraz globalną metylację DNA w pobranych próbkach. Zidentyfikowano czynniki związane predyspozycją do wystąpienia skoliozy Idiopatycznej (zwiększona metylacja w obrębie promotora genu ESR2) oraz z ciężkim przebiegiem choroby (zwiększona metylacja promotora genu ESR1 po stronie wklęsłej skrzywienia i genu LBX1 po stronie wypukłej skrzywienia. Natomiast nie wykazano związku globalnej metylacji DNA z predyspozycją do powstania lub ciężkością przebiegu skoliozy idiopatycznej.
Nasze badanie jest jedynym przeprowadzonym w poszukiwaniu przyczyny i mechanizmu powstania skoliozy idiopatycznej analizującym podłoże epigenetyczne w miejscu powstania deformacji. Umożliwiło to odniesienie predyspozycji epigenetycznych bezpośrednio do postaci klinicznej i wykazania asymetrycznych różnic w pomiędzy stroną wypukłą i wklęsłą skrzywienia. W naszych wynikach wykazano możliwy patomechanizm poprzez wpływ na ekspresję genów w mięśniach przykręgosłupowych co mogłoby mieć wpływ na ich właściwości, co może prowadzić do asymetrii w ich działaniu.
W wyniku projektu wykazano nowe, nieznane dotąd czynniki związane z predyspozycją do wystąpienia i do progresji skrzywienia w skoliozie idiopatycznej w postaci metylacji regionu promotorowego genów ESR1, ESR2 i LBX1. Nasze badania wskazują na tkankę mięśniową jako istotnie związaną z progresją skoliozy i sugerują dalsze badania w tej dziedzinie. Opisaliśmy specyficzność miejscową metylacji promotorów genów ESR1 i LBX1 w zależności od lokalizacji tkanki mięśniowej oraz wykazaliśmy nieopisany wcześniej efekt hemimetalycaji genu LBX1 (różnej metylacji tego samego fragmentu genu w zależności od nici DNA).
Biorąc pod uwagę częstość występowania skoliozy idiopatycznej w populacji, stanowi ona problem zarówno medyczny jak i społeczny. Brak dostatecznej wiedzy na temat jej podłoża i jej przebiegu powoduje, że leczenie jest objawowe (operacje kręgosłupa, gorsety korekcyjne). Wyniki naszego badanie stanowią wkład w poznanie czynników wpływających na powstanie i progresję skoliozy idiopatycznej. Daje możliwość lepszego zrozumienia zmian na poziomie komórkowym i tkankowym oraz zawężenia dalszych badań nad tym zagadnieniem. Natomiast nie znajduje bezpośredniego zastosowania klinicznego, gdyż wymagałoby wykonania biopsji tkanki mięśniowej u każdego pacjenta.
Finansowanie
Badanie jest finansowane z grantu Narodowego Centum Nauki 2016/23/D/NZ5/02606.
