mimmunМедицинская иммунологияMedical Immunology (Russia)1563-06252313-741XSPb RAACI10.15789/10.15789/1563-0625-CSO-2571mimmun-2571Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИORIGINAL ARTICLESКомплексный анализ полиморфизма генов матриксных металлопротеиназ MMP2, MMP3, MMP9 и тканевых ингибиторов металлопротеиназ TIMP1, TIMP2 у пациентов с первичной открытоугольной глаукомойComplex studies on gene polymorphisms of MMP2, MMP3, MMP9 matrix metalloproteinases and TIMP1, TIMP2 tissue inhibitors of metalloproteinases in the patients with primary open-angle glaucomahttps://orcid.org/0000-0001-5898-950XШевченкоА. В.ShevchenkoA. V.

Шевченко А.В. – д.б.н., ведущий научный сотрудниклаборатории клиничеcкой иммуногенетики

630060, г. Новосибирск, ул. Тимакова, 2Тел.: 8 (952) 901-36-80

Shevchenko A.V., PhD, MD (Biology), Leading ResearchAssociate, Laboratory of Clinical Immunogenetics

2 Timakov St. Novosibirsk 630060 Phone: +7 (952) 901-36-80

shalla64@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7290-1631ПрокофьевВ. Ф.ProkofievV. F.

Прокофьев В.Ф. – к.м.н., ведущий научный сотрудниклаборатории клинической иммуногенетики

Новосибирск

Prokofiev V.F., PhD (Medicine), Leading Research Associate,Laboratory of Clinical Immunogenetics

Novosibirsk

vprok@ngs.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7385-6270КоненковВ. И.KonenkovV. I.

Коненков В.И. – д.м.н., профессор, академик РАН, руководитель лаборатории клинической иммуногенетики

Новосибирск

Konenkov V.I., PhD, MD (Medicine), Professor, Full Member, Russian Academy of Science, Head, Laboratory of Clinical Immunogenetics

Novosibirsk

vikonenkov@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-7623-3359ЧерныхВ. В.ChernykhV. V.

Черных В.В. – д.м.н., профессор, директор

Новосибирск

 

Chernykh V.V., PhD, MD (Medicine), Professor, director

Novosibirsk

sci@mntk.nsk.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0427-1564ЕрмаковаО. В.ErmakovaO. V.

Ермакова О.В. – врач-офтальмолог

Новосибирск

Ermakova O.V., Ophthalmologist

Novosibirsk

oven_e@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7592-8984ТруновА. Н.TrunovA. N.

Трунов А.Н. – д.м.н., профессор, руководитель научного отдела

Новосибирск

Trunov A.N., PhD, MD (Medicine), Professor, Deputy Directorfor Science

Novosibirsk

trunov1963@yandex.ruНаучно-исследовательский институт клинической и экспериментальной лимфологии – филиал ФГБНУ «Федеральный исследовательский центр “Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук”»РоссияResearch Institute of Clinical and Experimental Lymрhology, Branch of the Institute of Cytology and Genetics, Siberian Branch, Russian Academy of SciencesRussian FederationНовосибирский филиал ФГАУ «Национальный медицинский исследовательский центр «МНТК “Микрохирургия глаза” имени академика С.Н. Федорова» Министерства здравоохранения РФRussian FederationS. Fyodorov National Medical Research Center of Eye Microsurgery, Novosibirsk BranchRussian Federation202305042023252331338Copyright © Шевченко А.В., Прокофьев В.Ф., Коненков В.И., Черных В.В., Ермакова О.В., Трунов А.Н., 20232023Шевченко А.В., Прокофьев В.Ф., Коненков В.И., Черных В.В., Ермакова О.В., Трунов А.Н.Shevchenko A.V., Prokofiev V.F., Konenkov V.I., Chernykh V.V., Ermakova O.V., Trunov A.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.mimmun.ru/mimmun/article/view/2571

Аномальная экспрессия матриксных металлопротеиназ (ММР) в водянистой влаге у пациентов с глаукомой может влиять на регуляцию внутриглазного давления (ВГД). Активность MMP регулируется тканевыми ингибиторами металлопротеиназ (TIMP). Нарушение баланса между тканевыми ингибиторами металлопротеиназ и матриксными металлопротеиназы могут способствовать развитию глаукомы. Генетические факторы, включая полиморфизм генов матриксных металлопротеиназ и их ингибиторов, могут регулировать уровень их экспрессии, тем самым влияя на восприимчивость к заболеванию.

Цель исследования – комплексный анализ полиморфизма генов ММР2 (rs243865), ММР3 (rs3025058), ММР9 (rs3918242) и генов ингибиторов TIMP1 (rs4898), TIMP2 (rs8179090) у пациентов с диагнозом II (развитой) стадии первичной открытоугольной глаукомы.

Обследованы 99 пациентов (52 мужчины и 47 женщин) с верифицированным диагнозом II стадии первичной открытоугольной глаукомы. Группу сравнения составили 100 человек (81 женщина и 19 мужчин) без офтальмопатологий соответствующего группе пациентов возраста. Однонуклеотидный полиморфизм промоторного региона генов ММР2, TIMP1, TIMP2 анализировали методом TaqMan зондов, генов ММР3, ММР9 – методом рестриктазного анализа продуктов амплификации. Статистическая обработка проводилась с помощью специализированного пакета прикладных программ IBM SPSS Statistics 23. Критический уровень значимости при проверке статистических гипотез принимали равным 0,05.

Выявлены различия в распределении ММР2 rs243865 со снижением частоты TT генотипа у пациентов и, напротив, увеличение в этой группе гетерозиготности. Кроме того, частота TIMP1 rs4898 гетерозиготного генотипа снижалась в данной группе относительно контроля. Четыре комплекса MMP/TIMP позитивно ассоциированы с развитием патологии. Из них два двухлокусные: MMP2- 1306TC:TIMP2-418GG и MMP3-11715А6А:TIMP1 372CC и два трехлокусных: MMP2-1306TC:MMP9- 1562CC:TIMP2-418GG и MMP3-11715A6A:MMP9-1562CC:TIMP1 372CC. Выявлено девять комплексов MMP/TIMP, частота которых у пациентов с глаукомой достоверно снижена относительно контрольной группы.

Полиморфизм регуляторных регионов генов MMP2, ММР3, ММР9 генов их ингибиторов TIMP1, TIMP2 можно рассматривать как потенциальные факторы риска развития ПОУГ, связанные с дисбалансом ММP/TIMP активности.

Abnormal expression of matrix metalloproteinases (MMP) in watery moisture in patients with glaucoma may affect regulation of intraocular pressure (IOP). MMP activity is regulated by tissue metalloproteinase inhibitors (TIMP). The imbalance between tissue metalloproteinase inhibitors and matrix metalloproteinases may contribute to the development of glaucoma. Genetic factors, including polymorphism of matrix metalloproteinase genes and their inhibitors genes, can regulate the level of their expression, thereby affecting susceptibility to disease. Our aim was to perform comprehensive analysis of the MMP2 (rs243865), MMP3 (rs3025058), MMP9 (rs3918242) polymorphisms, and TIMP1 (rs4898), TIMP2 (rs8179090) tissue inhibitor genes polymorphisms in the patients with stage II (advanced) primary open-angle glaucoma.

99 patients (52 men and 47 women) with a verified diagnosis of stage II primary open-angle glaucoma were examined. The comparison group consisted of 100 age-matched persons (81 women and 19 men) without ophthalmic disorders. The single-nucleotide polymorphisms in promoter regions of MMP2, TIMP1, TIMP2 genes were analyzed by the TaqMan method, the MMP3 and MMP9 genes, by means of restriction fragment length polymorphism technique. Statistical evaluation was carried out using the specialized package of IBM SPSS Statistics 23 programs. The critical level of significance was assumed to be 0.05.

The differences in the distribution of MMP2 rs243865 allelotypes with decreased frequency of TT genotype were found in the patient group and, vice versa, increased heterozygosity rates were revealed among them. In addition, the frequency of TIMP1 rs4898 heterozygous genotype was decreased in this group as compared to control sample. Four MMP/TIMP complex genotypes are positively associated with the development of pathology. Two of them were of bilocus type, i.e., MMP2-1306TC:TIMP2-418GG, and MMP3-11715A6A:TIMP1 372CC whereas two three-locus constellations were revealed, i.e., MMP2-1306TC:MMP9-1562CC:TIMP2- 418GG, and MMP3-11715A6A:MMP9-1562CC:TIMP1 372CC. There are nine MMP/TIMP complexes, the frequency of which in patients with glaucoma was significantly reduced when compared with control group.

Polymorphism of regulatory regions of MMP2, MMP3, MMP9 genes and distinct gene variants of their inhibitors (TIMP1, TIMP2 genes) can be considered potential markers of the POAG development associated with an imbalance of MMP/TIMP activities.

первичная открытоугольная глаукомаполиморфизмгены матриксных металлопротеиназгены ингибиторов матриксных металлопротеиназglaucomaprimary open-anglegene polymorphismmatrix metalloproteinasesmatrix metalloproteinase inhibitorsReferencesНестеров А.П., Егоров Е.А. Классификация глаукомы // РМЖ Клиническая офтальмология, 2001. № 2. С. 35-38.Nesterov A.P., Egorov E.A. Glaucoma classification. RMZh Klinicheskaya oftalmologiya = RMJ Clinical Ophthalmology, 2001, no. 2, pp. 35-38. (In Russ.)Bailey J.N.C. Progress, not perfection: intraocular pressure genetic risk score stratifies clinically relevant primary open-angle glaucoma outcomes. Ophthalmology, 2020, Vol.127, no. 7, pp. 908-909.Bailey J.N.C. Progress, not perfection: intraocular pressure genetic risk score stratifies clinically relevant primary open-angle glaucoma outcomes. Ophthalmology, 2020, Vol.127, no. 7, pp. 908-909.Boguszewska-Czubara A., Budzynska B., Skalicka-Wozniak K., Kurzepa J. Perspectives and new aspects of metalloproteinases’ inhibitors in therapy of CNS disorders: from chemistry to medicine. Curr. Med. Chem., 2019, Vol. 26, no. 18, pp. 3208-3224.Boguszewska-Czubara A., Budzynska B., Skalicka-Wozniak K., Kurzepa J. Perspectives and new aspects of metalloproteinases’ inhibitors in therapy of CNS disorders: from chemistry to medicine. Curr. Med. Chem., 2019, Vol. 26, no. 18, pp. 3208-3224.Colijn J.M., Buitendijk G.H., Prokofyeva E., Alves D., Cachulo M.L., Khawaja A.P., Cougnard-Gregoire A., Merle B.M.J., Korb C., Erke M.G., Bron A., Anastasopoulos E., Meester-Smoor M.A., Segato T., Piermarocchi S., de Jong P.T.V.M., Vingerling J.R., Topouzis F., Creuzot-Garcher C., Bertelsen G., Pfeiffer N., Fletcher A.E., Foster P.J., Silva R., Korobelnik J.F., Delcourt C., Klaver C.C.W. Prevalence of age-related macular degeneration in europe: the past and the future. Ophthalmology, 2017, Vol.124, no. 12, pp. 1753-1763.Colijn J.M., Buitendijk G.H., Prokofyeva E., Alves D., Cachulo M.L., Khawaja A.P., Cougnard-Gregoire A., Merle B.M.J., Korb C., Erke M.G., Bron A., Anastasopoulos E., Meester-Smoor M.A., Segato T., Piermarocchi S., de Jong P.T.V.M., Vingerling J.R., Topouzis F., Creuzot-Garcher C., Bertelsen G., Pfeiffer N., Fletcher A.E., Foster P.J., Silva R., Korobelnik J.F., Delcourt C., Klaver C.C.W. Prevalence of age-related macular degeneration in europe: the past and the future. Ophthalmology, 2017, Vol.124, no. 12, pp. 1753-1763.Cui N., Hu M., Khalil R.A. Biochemical and biological attributes of matrix metalloproteinases. Prog. Mol. Biol. Transl. Sci., 2017, Vol. 147, pp. 1-73.Cui N., Hu M., Khalil R.A. Biochemical and biological attributes of matrix metalloproteinases. Prog. Mol. Biol. Transl. Sci., 2017, Vol. 147, pp. 1-73.Glaucoma: Epidemiology Forecast to 2030. Available at: https://www.globaldata.com/store/report/glaucoma-epidemiology-analysis/?utm_source=email&utm_medium=pr&utm_campaign=231221a_gd_pr_ph_glaucoma_epidemiology_analysis&utm_nooveride=1.Glaucoma: Epidemiology Forecast to 2030. Available at: https://www.globaldata.com/store/report/ glaucoma-epidemiology-analysis/?utm_source=email&utm_medium=pr&utm_campaign=231221a_gd_pr_ph_ glaucoma_epidemiology_analysis&utm_nooveride=1.Grossman M., Tworowski D., Dym O., Lee M., Levy Y., Murphy G., Sagi I. The intrinsic protein flexibility of endogenous protease inhibitor TIMP-1 controls its binding interface and affects its function. Biochemistry, 2010, Vol. 49, no. 29, pp. 6184-6192.Grossman M., Tworowski D., Dym O., Lee M., Levy Y., Murphy G., Sagi I. The intrinsic protein flexibility of endogenous protease inhibitor TIMP-1 controls its binding interface and affects its function. Biochemistry, 2010, Vol. 49, no. 29, pp. 6184-6192.Igo R.P., Cooke Bailey J.N. Genetic risk scores in complex eye disorders. In Genetics and Genomics of Eye Disease: Advancing to Precision Medicine; Gao, X.R., Ed.; Elsevier: New York, NY, USA, 2020, pp. 259-275.Igo R.P., Cooke Bailey J.N. Genetic risk scores in complex eye disorders. In Genetics and Genomics of Eye Disease: Advancing to Precision Medicine; Gao, X.R., Ed.; Elsevier: New York, NY, USA, 2020, pp. 259-275.Ji M.-L., Jia J. Correlations of TIMP2 and TIMP3 gene polymorphisms with primary open-angle glaucoma. Eur. Rev. Med. Pharmacol. Sci., 2019, Vol. 23, no. 13, pp. 5542-5547.Ji M.-L., Jia J. Correlations of TIMP2 and TIMP3 gene polymorphisms with primary open-angle glaucoma. Eur. Rev. Med. Pharmacol. Sci., 2019, Vol. 23, no. 13, pp. 5542-5547.Markiewicz L., Majsterek I., Przybylowska K., Dziki L., Waszczyk M., Gacek M., Kaminska A., Szaflik J., Szaflik J.P. Gene polymorphisms of the MMP1, MMP9, MMP12, IL-1β and TIMP1 and the risk of primary openangle glaucoma. Acta Ophthalmol., 2013, Vol. 91, no.7, pp. 516-523.Markiewicz L., Majsterek I., Przybylowska K., Dziki L., Waszczyk M., Gacek M., Kaminska A., Szaflik J., Szaflik J.P. Gene polymorphisms of the MMP1, MMP9, MMP12, IL-1β and TIMP1 and the risk of primary openangle glaucoma. Acta Ophthalmol., 2013, Vol. 91, no.7, pp. 516-523.Markiewicz L., Pytel D., Mucha B., Szymanek K., Szaflik J., Szaflik J.P., Majsterek I. Altered expression levels of MMP1, MMP9, MMP12, TIMP1, and IL-1β as a risk factor for the elevated IOP and optic nerve head damage in the primary open-angle glaucoma patients. Biomed Res. Int., 2015, Vol. 2015, 812503. doi: 10.1155/2015/812503.Markiewicz L., Pytel D., Mucha B., Szymanek K., Szaflik J., Szaflik J.P., Majsterek I. Altered expression levels of MMP1, MMP9, MMP12, TIMP1, and IL-1β as a risk factor for the elevated IOP and optic nerve head damage in the primary open-angle glaucoma patients. Biomed Res. Int., 2015, Vol. 2015, 812503. doi: 10.1155/2015/812503.Mohan V., Talmi-Frank D., Arkadash V., Papo N., Sagi I. Matrix metalloproteinase protein inhibitors: highlighting a new beginning for metalloproteinases in medicine. Metalloproteinases Med., 2016, Vol. 3, pp. 31-47.Mohan V., Talmi-Frank D., Arkadash V., Papo N., Sagi I. Matrix metalloproteinase protein inhibitors: highlighting a new beginning for metalloproteinases in medicine. Metalloproteinases Med., 2016, Vol. 3, pp. 31-47.O’Brien J.M., Salowe R.J., Fertig R., Salinas J., Pistilli M., Sankar P.S., Miller-Ellis E., Lehman A., Murphy W., Homsher M., Gordon K., Ying G.S. Family history in the primary open-angle African American glaucoma genetics study cohort. Am. J. Ophthalmol., 2018, Vol. 192, pp. 239-247.O’Brien J.M., Salowe R.J., Fertig R., Salinas J., Pistilli M., Sankar P.S., Miller-Ellis E., Lehman A., Murphy W., Homsher M., Gordon K., Ying G.S. Family history in the primary open-angle African American glaucoma genetics study cohort. Am. J. Ophthalmol., 2018, Vol. 192, pp. 239-247.Okamoto K., Mimura K., Murawak Y., Yuasa I. Association of functional gene polymorphisms of matrix metalloproteinase MMP-1, MMP-3 and MMP-9 with the progression of chronic liver disease. J. Gastr. Hepatol., 2005, Vol. 20, no. 7, pp.1102-1108.Okamoto K., Mimura K., Murawak Y., Yuasa I. Association of functional gene polymorphisms of matrix metalloproteinase MMP-1, MMP-3 and MMP-9 with the progression of chronic liver disease. J. Gastr. Hepatol., 2005, Vol. 20, no. 7, pp.1102-1108.Travascio F. The role of matrix metalloproteinase in human body pathologies [Internet]. London: IntechOpen, 2022. Available at: https://www.intechopen.com/books/5986.Travascio F. The role of matrix metalloproteinase in human body pathologies [Internet]. London: IntechOpen, 2022. Available at: https://www.intechopen.com/books/5986.Valimaki J., Uusitalo H. Matrix metalloproteinases (MMP-1, MMP-2, MMP-3 and MMP-9, and TIMP 1, TIMP-2 and TIMP-3) and markers for vascularization in functioning and non-functioning bleb capsules of glaucoma drainage implants. Acta Ophthalmol., 2015, Vol. 93, no. 5, pp. 450-456.Valimaki J., Uusitalo H. Matrix metalloproteinases (MMP-1, MMP-2, MMP-3 and MMP-9, and TIMP 1, TIMP-2 and TIMP-3) and markers for vascularization in functioning and non-functioning bleb capsules of glaucoma drainage implants. Acta Ophthalmol., 2015, Vol. 93, no. 5, pp. 450-456.Weinreb R.N., Robinson M.R., Dibas M., Stamer W.D. Matrix metalloproteinases and glaucoma treatment. J. Ocul. Pharmacol. Ther,. 2020, Vol. 36, no. 4, pp. 208-228.Weinreb R.N., Robinson M.R., Dibas M., Stamer W.D. Matrix metalloproteinases and glaucoma treatment. J. Ocul. Pharmacol. Ther,. 2020, Vol. 36, no. 4, pp. 208-228.Wiggs J.L., Pasquale L.R. Genetics of glaucoma. Hum. Mol. Genet., 2017, Vol. 1., no. 26 (R1), pp. R21-R27.Wiggs J.L., Pasquale L.R. Genetics of glaucoma. Hum. Mol. Genet., 2017, Vol. 1., no. 26 (R1), pp. R21-R27.Wu M.Y., Wu Y., Zhang Y., Liu C.Y., Deng C.Y., Peng L., Zhou L. Associations between matrix metalloproteinase gene polymorphisms and glaucoma susceptibility: a meta-analysis. BMC Ophthalmol., 2017, Vol. 17, no. 1, 48. doi: 10.1186/s12886-017-0442-2.Wu M.Y., Wu Y., Zhang Y., Liu C.Y., Deng C.Y., Peng L., Zhou L. Associations between matrix metalloproteinase gene polymorphisms and glaucoma susceptibility: a meta-analysis. BMC Ophthalmol., 2017, Vol. 17, no. 1, 48. doi: 10.1186/s12886-017-0442-2.Zukerman R., Harris A., Vercellin A.V., Siesky B., Pasquale L.R., Ciulla T.A. Molecular genetics of glaucoma: subtype and ethnicity considerations. Genes (Basel), 2020, Vol. 12, no. 1, pp. 55-89.Zukerman R., Harris A., Vercellin A.V., Siesky B., Pasquale L.R., Ciulla T.A. Molecular genetics of glaucoma: subtype and ethnicity considerations. Genes (Basel), 2020, Vol. 12, no. 1, pp. 55-89.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.