Wariant SERPINC1 p.Trp221Arg w dziedzicznym niedoborze antytrombiny

Dziedziczny niedobór antytrombiny (AT) to wrodzone zaburzenie krzepnięcia, które istotnie zwiększa ryzyko zakrzepicy żylnej. Wśród pacjentów z żylną chorobą zakrzepowo-zatorową (VTE) częstość występowania szacuje się na około 1%. Większość pacjentów z niedoborem AT to heterozygotyczni nosiciele wariantów genu SERPINC1, który koduje to kluczowe białko antykoagulacyjne. Antytrombina, produkowana przez hepatocyty i komórki śródbłonka, jest małą jednołańcuchową glikoproteiną złożoną z 432 aminokwasów. Jej główną funkcją jest specyficzne wiązanie się z aktywnymi miejscami proteaz serynowych – trombiny i innych czynników krzepnięcia – co hamuje ich aktywność i wywołuje efekt antykoagulacyjny. Heparyna, działając jako kofaktor, wzmacnia hamujące działanie AT na docelowe proteazy, dlatego nawet niewielki niedobór AT może znacząco podnieść ryzyko zakrzepicy.

Czy nowy wariant SERPINC1 wyjaśnia rodzinną historię zakrzepicy?

Badanie dotyczyło 33-letniej pacjentki, która zgłosiła się na kontrolę po ponad 6 miesiącach terapii antykoagulacyjnej w następstwie operacji z powodu zakrzepicy żyły głębokiej (DVT) kończyn dolnych. W maju 2022 roku, w 8. tygodniu ciąży, doznała nagłej utraty przytomności i została przyjęta na oddział ratunkowy. Około tydzień wcześniej skarżyła się na uczucie obrzęku i bólu lewej łydki, które ustępowało po odpoczynku i nie wymagało specyficznego leczenia. Ambulatoryjne badanie USG Doppler potwierdziło DVT w lewej kończynie dolnej, konkretnie w żyłach mięśni łydki.

9 maja założono filtr żyły głównej dolnej, podczas którego zidentyfikowano również DVT w prawej kończynie dolnej. 15 maja pacjentka przeszła obustronną flebografię kończyn dolnych, mechaniczną trombektomię oraz trombolizę kierowaną przez cewnik. Historia położnicza pacjentki obejmowała jedno poronienie samoistne. W wywiadzie rodzinnym stwierdzono przypadki zakrzepicy u matki i młodszego brata pacjentki, co skłoniło do przeprowadzenia badań przesiewowych w kierunku dziedzicznych czynników ryzyka trombofilii.

Badania ujawniły prawidłową aktywność białka S (PS) i białka C (PC), ale obniżoną aktywność AT wynoszącą 49%. W badaniu uczestniczyło czworo członków rodziny z dwóch pokoleń. Zarówno matka, jak i młodszy brat również wykazywali obniżoną aktywność AT (odpowiednio 42% i 50%), przy prawidłowej aktywności PC i PS. Ojciec miał prawidłową aktywność AT (104%).

Jaki wariant genetyczny odpowiada za niedobór antytrombiny?

Analiza genetyczna wykazała, że wszyscy członkowie rodziny pacjentki, z wyjątkiem ojca, byli nosicielami heterozygotycznego wariantu NM_000488.4(SERPINC1):c.661T>C, p.(Trp221Arg). Wariant ten segregował z niedoborem AT w tej rodzinie. Co istotne, wariant jest nieobecny w istniejących bazach danych populacyjnych, w tym gnomAD, 1000 Genomes, ESP 6500 i TOPMed Bravo. Nie został również zgłoszony w bazach HGMD, OMIM ani PubMed. Wariant ma wynik REVEL wynoszący 0,88, co wspiera szkodliwy wpływ na gen lub produkt genowy.

Dodatkowo pacjentka, jej ojciec i młodszy brat byli nosicielami heterozygotycznego wariantu NM_000312.4(PROC):c.572_574del, p.(Lys193del). Ten wariant ma częstość populacyjną 0,0672% w bazie gnomAD (wszystkie populacje), a w populacji wschodnioazjatyckiej – 0,9473%. Baza ClinVar zawiera cztery wpisy dotyczące tego wariantu, sklasyfikowane jako patogenne (jeden) i o niepewnym znaczeniu (trzy).

Zgodnie z wytycznymi American College of Medical Genetics and Genomics (ACMG), wariant c.661T>C, p.(Trp221Arg) został oceniony jako prawdopodobnie patogenny (PM2_Supporting + PP1 + PP3_Moderate + PP4_Moderate). Wariant nie został zgłoszony w wielu ogólnych bazach danych populacyjnych, co wskazuje, że jest to rzadki wariant. Segregował z powiązanym fenotypem chorobowym w rodowodzie badanej osoby (matka i brat). Wiele narzędzi bioinformatycznych przewiduje, że ta zmiana jest szkodliwa.

Jak wariant wpływa na strukturę białka antytrombiny?

Analiza porównawcza homologicznych sekwencji białkowych z człowieka i innych gatunków (mysz, bydło, owca, szympans, szczur i ryba zebra) wykazała, że tryptofan w pozycji 221 jest wysoce konserwatywny ewolucyjnie, co wskazuje na jego kluczową rolę w utrzymaniu prawidłowej struktury i funkcji AT.

Analiza z wykorzystaniem oprogramowania PyMOL ujawniła, że treonina w pozycji 221 dzikiego typu białka AT tworzy trzy wiązania wodorowe z alaniną (Ala) w pozycji 217, izoleucyną (Ile) w pozycji 218, asparaginą (Asn) w pozycji 224 i lizyną (Lys) w pozycji 225. Natomiast w wariancie zmutowanym tworzy tylko dwa wiązania wodorowe z asparaginą w pozycji 224 i lizyną w pozycji 225. Analiza nie wykryła zmian w ogólnej strukturze ramowej białka, ale wskazała na potencjalne zmniejszenie stabilności z powodu spadku liczby wiązań wodorowych.

To zmniejszenie stabilności może mieć wpływ na interakcję między AT a trombiną – kluczowy czynnik w mechanizmie antykoagulacyjnym heparyny. Jest dobrze ustalone, że aktywność AT jest niezbędna dla działania antykoagulacyjnego heparyny, leku powszechnie stosowanego w zapobieganiu i leczeniu zaburzeń zakrzepowych. Spadek aktywności AT, jak może być spowodowany przez ten wariant, może znacząco osłabić działanie antykoagulacyjne heparyny.

Czy wariant zmienia wzór glikozylacji białka?

Glikozylacja jest jedną z najczęstszych modyfikacji potranskrypcyjnych białek, wpływającą na ich aktywność funkcjonalną. Zaburzenia glikozylacji są dobrze znanym mechanizmem patogennym w niedoborze AT. Wcześniejsze badania sugerowały, że dodatkowe miejsca glikozylacji zwiększają masę białka i potencjalnie zmieniają jego fałdowanie i konformację.

Analiza glikozylacji wykazała, że wariant nie zmienił potencjalnych miejsc glikozylacji białka. Główna różnica między tym wariantem a wcześniej opisanym wariantem w tej samej pozycji (c.662G>C, p.W221S) polega na tym, że mutacja p.W221S prowadziła do powstania dodatkowego miejsca glikozylacji, podczas gdy wariant p.Trp221Arg wykryty w tym badaniu nie wprowadził takiego miejsca. Pozycje aminokwasowe 219-221 zawierają dodatkowe miejsce glikozylacji, co może zapobiegać glikozylacji w typowym miejscu 224-226 z powodu przeszkód sterycznych.

Fitches i współpracownicy postawili hipotezę, że zmutowane białka pozostają wewnątrzkomórkowe, co prowadzi do ich niedoboru we krwi, a tylko normalne białka wchodzą do krążenia. To koreluje z odkryciami klinicznymi w tym badaniu: pacjentka została zdiagnozowana z niedoborem AT typu I z powodu stale niskich poziomów AT we krwi.

Jakie są znane warianty SERPINC1 w różnych populacjach?

Testy genetyczne chorób rzadkich wykazały, że dziedziczny niedobór AT jest chorobą monogenową z co najmniej 220 patogennymi wariantami w genie SERPINC1. Warto zauważyć, że gen SERPINC1 zawiera jeden hotspot: c.881G>T (p.Arg294Leu) i c.883G>A (p.Val295Met), powszechne u chińskich pacjentów z VTE. Wariant p.Pro305His został również wykryty w kilku rodzinach indyjskich, ale nie zidentyfikowano wariantów hotspotowych u osób rasy kaukaskiej.

Polyak i współpracownicy opisali inną mutację w tej samej pozycji, c.662G>C (p.W221S), u pacjenta zdiagnozowanego z dziedzicznym niedoborem antytrombiny typu I. Większość opisanych wariantów genowych występuje w pojedynczych rodzinach. Wariant tego badania, p.Trp221Arg, wpływa na strukturę i modyfikacje potranskrypcyjne, choć ostateczne skutki pozostają niepewne.

W populacji chińskiej niedobór AT jest najczęstszym genetycznym czynnikiem ryzyka wśród pacjentów z VTE, częstszym niż niedobór PC i PS. To podkreśla znaczenie identyfikacji specyficznych wariantów w różnych populacjach dla lepszego zrozumienia epidemiologii i zarządzania dziedziczną trombofilią.

Jaka jest rola wariantu PROC w tym przypadku?

Pacjentka była również nosicielką heterozygotycznego wariantu PROC: c.572_574del, p.(Lys193del), który ma wyższą częstość w populacji ogólnej, przy czym nie wszyscy nosiciele wykazują obniżoną aktywność białka C, co może być związane z niepełną penetracją. Literatura opisuje ten wariant jako czynnik ryzyka zakrzepicy żylnej i udaru niedokrwiennego, głównie u osób pochodzenia wschodnioazjatyckiego, nie ściśle przestrzegając dziedziczenia mendelowskiego.

Ta delecja w ramce odczytu trzech par zasad powoduje skrócenie kodowanego białka w regionie C-końcowym łańcucha lekkiego, który zawiera kluczowy motyw funkcjonalny niezbędny do jego interakcji z białkiem S, a także czynnikami Va i VIIIa. Na podstawie prezentacji klinicznych i wskaźników koagulacyjnych członków rodziny głównym wariantem patogennym jest c.661T>C, ponieważ wszyscy nosiciele wykazują zakrzepicę.

Dane kliniczne i analiza rodowodu genetycznego wskazywały, że nie było chorób podstawowych wśród członków rodziny, wszyscy wykazywali prawidłowe parametry koagulacyjne, ale zsynchronizowany spadek poziomów AT. Wszyscy dotknięci członkowie nosili te same punkty wariantów, co sugeruje, że pacjentka odziedziczyła oba warianty genowe od rodziców, co doprowadziło do wczesnych objawów klinicznych.

Co to oznacza dla diagnostyki i leczenia trombofilii?

Pacjentka przedstawiała się z wielokrotnymi zakrzepicami żylnymi i znaczącymi objawami we wczesnym stadium, a członkowie rodziny z pojedynczymi heterozygotycznymi wariantami wykazywali powiązane objawy kliniczne, z wyjątkiem ojca, który nie miał zakrzepicy. Wszyscy inni członkowie rodziny mieli historię zakrzepicy i wymagali długoterminowej terapii antykoagulacyjnej riwaroksabanem.

Klinicznie zmniejszone poziomy i aktywność AT w osoczu mogą być wrodzone lub wtórne do różnych stanów. Dysfunkcja wątroby może zmniejszyć syntezę AT, zespół nerczycowy może prowadzić do nadmiernej utraty AT, posocznica z rozsianym wykrzepianiem wewnątrznaczyniowym może skutkować nadmiernym zużyciem AT, a duże operacje lub interwencje pozaustrojowe (takie jak terapia heparyną) mogą obniżyć poziomy AT. W tym badaniu członkowie rodziny wykluczyli nabyty niedobór AT z powodu prawidłowej funkcji wątroby i nerek oraz braku dowodów na duże operacje lub specjalne leki.

Rozwój DVT u pacjentki może być związany z dziedziczeniem SERPINC1:c.661T>C, p.(Trp221Arg) – piszą autorzy badania. Odkrycie to podkreśla znaczenie włączenia badań genetycznych w ocenie pacjentów z podejrzeniem trombofilii, szczególnie gdy standardowe testy koagulacyjne ujawniają obniżoną aktywność AT bez oczywistych przyczyn nabytych.

Pacjenci z wykrytymi wariantami SERPINC1 wymagają długoterminowej terapii antykoagulacyjnej i szczególnie ostrożnego monitorowania podczas stosowania heparyny, ponieważ zmniejszona aktywność AT może istotnie osłabić jej działanie antykoagulacyjne. Konieczne jest również poradnictwo genetyczne dla członków rodziny i planowanie ciąży u kobiet-nosicielek, biorąc pod uwagę zwiększone ryzyko zakrzepicy w okresie ciąży i połogu.

Jakie są kluczowe wnioski z analizy tej rodziny?

Kompleksowa analiza fenotypowa i genetyczna rodziny z dziedzicznym niedoborem AT ujawniła nowy, prawdopodobnie patogenny wariant SERPINC1: c.661T>C, p.(Trp221Arg), który segreguje z obniżoną aktywnością antytrombiny (42–50%) i nawracającymi epizodami zakrzepicy żylnej. Analiza bioinformatyczna potwierdza szkodliwy wpływ wariantu na strukturę białka poprzez zmniejszenie liczby wiązań wodorowych, co może wpływać na stabilność AT i jej interakcję z trombiną.

Badanie to podkreśla znaczenie testów genetycznych w diagnostyce dziedzicznej trombofilii, szczególnie u pacjentów z wczesnym początkiem zakrzepicy i historią rodzinną. Identyfikacja specyficznych wariantów SERPINC1 ma kluczowe znaczenie dla odpowiedniego zarządzania klinicznego, w tym długoterminowej antykoagulacji i ostrożnego monitorowania terapii heparyną. Konieczne są jednak dodatkowe badania in vitro, aby w pełni wyjaśnić precyzyjne mechanizmy odpowiedzialne za obniżone poziomy AT we krwi obwodowej u nosicieli tego wariantu.

Odkrycie wariantu p.Trp221Arg w wysoce konserwatywnej pozycji ewolucyjnej podkreśla jego prawdopodobne znaczenie funkcjonalne i patogenne. Przypadek ten ilustruje również złożoność dziedzicznej trombofilii, gdzie współistnienie wariantów w różnych genach związanych z krzepnięciem może modulować fenotyp kliniczny i ciężkość objawów.