Features of protein glycosylation in multiple sclerosis

Maksim A. Elizarov; Елизаров М. А.; Irina E. Poverennova; Повереннова И. Е.; Vitalii I. Kupaev; Купаев В. И.; Elena V. Khivintseva; Хивинцева Е. В.; Tatyana V. Romanova; Романова Т. В.

doi:10.55531/2072-2354.2023.23.3.13-16

Особенности гликозилирования белков при рассеянном склерозе

Авторы: Елизаров М.А.¹, Повереннова И.Е.¹, Купаев В.И.¹, Хивинцева Е.В.¹, Романова Т.В.¹
Учреждения:
1. ФГБОУ ВО «Самарский государственный медицинский университет» Минздрава России
Выпуск: Том 23, № 3 (2023)
Страницы: 13-16
Раздел: НЕВРОЛОГИЯ
URL: https://aspvestnik.ru/2410-3764/article/view/321838
DOI: https://doi.org/10.55531/2072-2354.2023.23.3.13-16
ID: 321838

Цитировать

Полный текст

Аннотация
Полный текст
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

В статье представлен аналитический обзор литературных данных, касающихся особенностей гликозилирования белков при рассеянном склерозе. Изучено 12 литературных источников, полученных из базы данных PubMed по ключевым словам multiple sclerosis, glycosylation, за период 2012–2022 гг., в которых представлены результаты исследований N-гликозилированных белков плазмы и иммуноглобулинов G при рассеянном склерозе, клинически изолированном синдроме, заболеваниях спектра оптикомиелита и менингитах вирусной этиологии в цереброспинальной жидкости и сыворотке крови пациентов.

Исследования показывают, что при рассеянном склерозе имеют место специфические изменения гликопротеинов. Изменения протеома коррелируют с возрастом и с полом пациентов, с клинической формой заболевания, а также со степенью инвалидизации по шкале EDSS, что может способствовать ранней диагностике РС, определению формы заболевания и прогнозированию его течения.

Учитывая многообразие гликома, различия его модификаций в разных средах организма (сыворотка и плазма крови, цереброспинальная жидкость), а также разнообразие подходов к его изучению (множество количественных и качественных биохимических методов), необходим дальнейший поиск маркеров и предикторов течения рассеянного склероза.

Ключевые слова

рассеянный склероз, исследования гликома, диагностика, прогноз

Полный текст

Список сокращений

ЗСОМ – заболевания спектра оптикомиелита; КИС – клинически изолированный синдром; МРТ – магнитно-резонансная томография; РС – рассеянный склероз; РРРС – ремитирующе-рецидивирующий рассеянный склероз; ЦСЖ – цереброспинальная жидкость; EDSS – Expand Disability Status Scale – расширенная шкала оценки инвалидности; IgG – иммуноглобулин G.

ВВЕДЕНИЕ

Гликом человека представляет собой совокупность всех сахаров организма – как свободных, так и присутствующих в более сложных молекулах. Альтернативное определение гликома – совокупность углеводов в клетке. Гликомика, аналогичная геномике и протеомике, представляет собой систематическое изучение всех гликановых структур определенного типа клеток или организма и является подмножеством гликобиологии [1].

Гликом состоит из гликопротеинов и гликолипидов. Термины «углевод», «гликан», «сахарид» и «сахар» являются общими, взаимозаменяемыми в данном контексте и включают моносахариды, олигосахариды, полисахариды и производные этих соединений. Моносахариды – углеводы, которые не могут быть гидролизированы в более простые углеводы и являются строительными блоками олигосахаридов и полисахаридов. Олигосахариды – линейные или разветвленные цепочки моносахаридов, соединенные друг с другом гликозидными связями. Полисахариды – гликаны, состоящие из повторяющихся моносахаридов, длина которых обычно превышает десять моносахаридных единиц [1]. Спектр всех структур гликанов – гликом – огромен. Гликом по сложности превосходит протеом за счет еще большего разнообразия углеводов, входящих в его состав, и дополнительно усложняется из-за огромного взаимодействия углеводов друг с другом и с белками [2]. Внешняя поверхность клетки представляет собой «море» липидов с множеством молекул сахара, многие из которых прикреплены к белкам, жирам или к тому и другому, которые взаимодействуют с молекулами вне клетки и имеют решающее значение для связей между клетками и «липкости» клетки. По словам Джейми Март, «гликаны – это природные биологические модификаторы. Гликаны обычно не «включают и выключают» физиологические процессы, скорее, они изменяют поведение клетки, реагируя на внешние раздражители» [3].

В патогенезе целого ряда заболеваний нарушения гликозилирования белков играют ведущую, или определяющую, роль. Гликозилирование – ферментативный процесс, в ходе которого происходит присоединение остатков сахаров к органическим молекулам. В процессе гликозилирования образуются гликозиды, или в случае белков и липидов – гликопротеины и гликолипиды соответственно. Гликозилирование имеет большое значение для структуры и функций мембранных и секретируемых белков. Более 1% человеческого генома кодируют белки, которые производят, модифицируют или связывают гликаны. Гликопротеины иммунной системы определяют аутотолерантность, а изменения в гликозилировании этих белков могут способствовать аутоагрессии. Связывание чужеродных остатков сахаров лектинами (связывают различные сахарные остатки: лактозу, галактозу и др.) является частью воспалительной реакции. За последнее десятилетие было обнаружено почти 30 болезнетворных генов в шести различных путях биосинтеза гликанов. Вполне вероятно, что в ближайшие годы будет выявлено еще много таких соединений [3].

Существует огромное многообразие клинических фенотипов у пациентов с дефектами гликозилирования. Нарушения охватывают многие медицинские специальности, что затрудняет распознавание и диагностику нарушений гликозилирования. Например, к настоящему моменту известно, что несколько хорошо изученных типов мышечной дистрофии являются результатом дефектов гликозилирования альфа-дистрогликана, одного из жизненно важных компонентов гликопротеинового комплекса дистрофина [4]. Поэтому неврологические заболевания не являются в этом плане исключением, хотя роль нарушений процессов гликозилирования не всегда выступает на первый план и часто совершенно не учитывается в теоретических и практических разработках. Одним из заболеваний нервной системы, где изменения со стороны гликома очевидны и выступают наиболее ярко, является рассеянный склероз (РС) как пример аутоиммунного демиелинизирующего процесса с явлениями нейровоспаления.

ЦЕЛЬ

Анализ литературных данных, касающихся особенностей гликозилирования белков при РС.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

Поиск литературных источников проведен в общедоступной научной базе данных PubMed по ключевым словам multiple sclerosis, glycosylation за период 2012–2022 гг. В результате первичного поиска было получено 178 результатов. После ознакомления для дальнейшего изучения по заданной проблематике было отобрано 12 статей, четыре из которых касаются информационно-аналитических аспектов, а в восьми представлены результаты исследований N-гликозилированных белков плазмы и иммуноглобулинов G (IgG) при РС, клинически изолированном синдроме (КИС), оптическом неврите, оптикомиелите – заболеваниях спектра оптикомиелита (ЗСОМ) и менингитах вирусной этиологии в цереброспинальной жидкости (ЦСЖ) и сыворотке крови пациентов. Ликворные и сывороточные иммуноглобулины выделяли и связывали с лектинами. N-гликаны были хроматографически профилированы и подсчитаны.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Основные данные по проведенным исследованиям гликома у пациентов с РС представлены в таблице 1.

Таблица 1. Основные данные о проведенных исследованиях по изучению особенностей гликозилирования белков при рассеянном склерозе

Table 1. Key data from studies on the features of protein glycosylation in multiple sclerosis

Авторы	Год опубл.	Заболевания	Кол-во пациентов	Что исследовали
A.C. Kroksveen, et al.	2012	РРРС	17	ЦСЖ и плазма крови
A.C. Kroksveen, et al.	2012	Другие неврологические заболевания	17	ЦСЖ и плазма крови
M. Wuhrer, et al.	2015	РРРС	12	Сыворотка. ЦСЖ Всего 48 пар
		КИС	10
		Вторично прогрессирующий РС	3
		Первично прогрессирующий РС	2
		Контроль	21
J. Decker, et al.	2016	РС	31/68	Сыворотка. ЦСЖ
		КИС	13/9
		Вирусный менингит	17/21
		Контроль	21/64
A. Cvetko, et al.	2020	РС различных форм	83	Плазма крови
E. Jankovska, et al.	2020	Впервые выявленный РРРС	8	ЦСЖ
E. Jankovska, et al.	2020	Контроль	8	ЦСЖ
P.G.E. Kennedy, et al.	2021	РС	28	Сыворотка. ЦСЖ
P.G.E. Kennedy, et al.	2021	Контроль	37	Сыворотка. ЦСЖ
P. P. Ip, et al.	2021	РРРС	45	Сыворотка крови
		ЗСОМ	23
		Здоровые	6
P. Dojesak, et al.	2022	PC	38	Сыворотка крови
P. Dojesak, et al.	2022	Контроль	38	Сыворотка крови

При заболеваниях круга РС, согласно исследованиям A. Cvetko и соавт. (2020), в иммуноглобулинах G (IgG) наиболее отличалось фукозилированное ядро и обилие структур с высоким содержанием маннозы. В белках плазмы отмечено увеличение сложности гликанов – возрастало количество высокоразветвленных структур, несущих несколько остатков галактозы и сиаловой кислоты. В то же время количество низкоразветвленных структур уменьшалось. Некоторые N-гликаны и IgG показали хорошую чувствительность и специфичность, на основании чего строилась зависимость вероятности РС от количества N-гликанов и IgG в плазме крови [5].

А.С. Kroksveen и соавт. (2012) исследовали белки ЦСЖ у 17 больных с рецидивирующе-ремитирующей формой рассеянного склероза (РРРС) и у 17 пациентов с другими неврологическими заболеваниями. Было определено, что 32 белка из 291 исследованного количественно значительно различались у пациентов двух групп. Наиболее специфическим был IgG1. Иммуноглобулин G kappa chain C коррелировал с общим IgG в ЦСЖ. Несколько белков плазмы крови (сывороточный альбумин, серотрансферрон, комплемент С3) с высоким содержанием в норме были значительно понижены в группе РС [6].

M. Wuhrer и соавт. (2015) провели исследование гликозилирования белков в 48 парах ЦСЖ и сыворотки крови у 27 пациентов с различными формами РС и у 21 здорового участника исследования или у пациентов с другими заболеваниями нервной системы. В результате исследования были сделаны следующие выводы: 1) гликозилирование IgG1 различалось в ЦСЖ и сыворотке крови как при РС, так и у группы контроля; 2) при РС гликозилирование повышалось в ликворе, но не в сыворотке. При этом bisecting (разделенное надвое) GlcNAc повышалось, а фукозилирование и галактозилирование понижались; 3) максимум изменений фукозилирования и GlcNAc отмечался через 2-3 месяца после обострения РС; 4) гликозилирование IgG1 коррелировало со степенью синтеза интратекальных IgG и с цитозом в ЦСЖ [7].

Корреляция по возрасту и полу пациентов с РС была выявлена количественными и качественными методами по количеству сахарных остатков, более ярко выраженная в ЦСЖ, чем в сыворотке крови. J. Decker и соавт. (2016) было показано, что галактозилирование IgG в ликворе зависит от возраста и пола – отмечаются более высокие значения у мужчин и у пациентов в возрасте 25–50 лет. Снижение галактозилированных IgG коррелирует с прогрессией рассеянного склероза и возрастанием показателя по шкале инвалидизации EDSS, а также сопровождается повышением интратекального синтеза IgG. В то же время галактозилирование IgG не меняется при менингитах вирусной этиологии [8].

E. Jankovska и соавт. (2020) исследовали ЦСЖ у 8 пациентов с впервые выявленным РРРС, подтвержденным наличием олигоклональных антител в ЦСЖ и данными магнитно-резонансной томографии (МРТ), до назначения им лечения. Контрольную группу составили 8 женщин того же возраста – здоровые и с другими неврологическими заболеваниями без изменений на МРТ и без олигоклональных антител в ЦСЖ. Из ликвора было выделено 900 белков и проведено их количественное сравнение. Из них 69 белков количественно различались в группах исследования. Помимо известных ранее белков, два были обнаружены впервые – Еosinophil-derived neurotoxin и Nogo receptor. Были подтверждены различия в уровне церуллоплазмина и лизоцима С в двух группах, что также подтверждало дисбаланс метаболитов меди при рассеянном склерозе [9].

P.G.E. Kennedy и соавт. (2021) при РС в IgG цереброспинальной жидкости отметили более низкие уровни сиалирования (особый вид гликозилирования, связанный с взаимодействием белка с сиаловой кислотой), чем в сыворотке крови. В то же время был отмечен значительно более высокий уровень сиалированных IgG по сравнению со здоровыми лицами и больными иными неврологическими заболеваниями [10].

P.P. Ip и соавт. (2021) на 49 гликопротеинах сыворотки с помощью масс-спектрометра подсчитали количество 286 гликопептидов и сравнили их у групп пациентов с РРРС (45), ЗСОМ (23) и у 6 здоровых лиц. В этих группах обнаружена разница в сайт-специфичных N-гликанах на структурах, участвующих в воспалительном процессе (IgM, IgG1, IgG2, CO8b, attractin-L) в компонентах, относящихся к повреждению центральной нервной системы (аполипопротеин D, альфа-1-антитрипсин, плазма-каллипротеин, ADAMTS-like protein 3). Специфичные N-гликаны на сайтах 98 аполипопротеина D, 234 и 553 СО8В рассматривались как потенциальные маркеры для дифференциальной диагностики РС и ЗСОМ [11].

P. Dojesak и соавт. (2022) исследовали N-гликом в сыворотке крови больных РС женщин и сравнивали с группой контроля. Был отмечен более высокий уровень сиалирования, галактозилирования и маннозы в группе рассеянного склероза [12].

Таким образом, новейших исследований изменений гликома при рассеянном склерозе достаточно много, это является новым и перспективным направлением в диагностике данного заболевания. В исследованиях показано, что изменения гликома при рассеянном склерозе носят специфический характер, коррелируя с возрастом и полом пациентов, с клинической формой заболевания, а также со степенью инвалидизации по шкале EDSS, что может способствовать ранней диагностике РС, определению формы заболевания и прогнозированию его течения.

Ряд исследований демонстрирует зависимость течения РС и изменений IgG в цереброспинальной жидкости, что также позволяет прогнозировать дальнейшее течение РС, например, для верификации клинически изолированного синдрома и его перехода в достоверный рассеянный склероз.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Исследование гликома у пациентов с РС является новым и перспективным направлением в диагностике и в определении вариантов течения заболевания. Проведенные исследования показывают определенную специфичность изменений гликозилирования белков при РС, что позволяет использовать данные исследования в качестве маркеров диагностики различных форм РС и сходных с ним заболеваний.

Учитывая многообразие протеома и различия его модификаций в разных средах организма (сыворотка и плазма крови, цереброспинальная жидкость), а также разнообразие подходов к его изучению (множество количественных и качественных биохимических методов), требуется дальнейший поиск маркеров и предикторов течения РС.

Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов, требующего раскрытия в данной статье.

Источник финансирования: из специального гранта «Приоритет 2030».

Этическая экспертиза: протокол №255 заседания комитета по биоэтике при СамГМУ от 26 октября 2022 г.

Conflict of interest: nothing to disclose.

Study Funding: the special grant "Priority 2030".

Ethical expertise: Protocol No. 255 of the SamSMU Bioethics Committee meeting dated October 26, 2022.