Биоинформатический анализ однонуклеотидных вариантов гена F12, ассоциированных с наследственным ангиоотеком

Наследственный ангиоотек – генетически детерминированное заболевание, которое относится к первичным иммунодефицитам с нарушением системы комплемента. Чаще всего у пациентов заболевание характеризуется дефицитом С1-ингибитора (НАО I типа) или нарушением функциональной активности С1-ингибитора (НАО II типа). В таких случаях ставят диагноз на основании лабораторных показателей. При НАО с нормальным уровнем и активностью С1-ингибитора диагноз может быть поставлен только на основе семейного анамнеза и/или генетического анализа. У пациентов с НАО с нормальным С1-ингибитором наиболее часто встречаются мутации в гене F12, особенно у женщин. Однако нередко выявляются мутации, которые не имеют точного клинического значения. Учитывая ограниченное количество больных НАО, невозможно экспериментально определить клиническое значение вновь обнаруживаемых полиморфных вариантов. Решением этой проблемы может стать анализ in silico каждого нового полиморфизма. Целью нашей работы было оценить предсказательную возможность методов биоинформатического анализа при оценке полиморфных вариантов в гене F12. Материалом служили четыре полиморфных варианта NC_000005.9:g.176831285C>G, NC_000005.9:g.176831258C>G, NC_000005.9:g.176831232G>C, NC_000005.9:g.176831232G>T с разным статусом клинической значимости. Для предсказания эффекта полиморфных вариантов на белок F12 были использованы различные веб-ресурсы, основанные на разных алгоритмах (SIFT, Polyрhen-2, FATHMM-XF, MutationTaster2021, MutPred2, MUpro и I-Mutant 2, HOPE, СhimeraX). In silico анализ показал, что мутации NC_000005.9:g.176831232G>C (p.Thr328Arg) и NC_000005.9:g.176831232G>T (p.Thr328Lys) обладают патогенным эффектом, что полностью соответствует их ранее установленному клиническому статусу. В то же время полиморфные варианты NC_000005.9:g.176831258C>G (p.Gln319His) и NC_000005.9:g.176831285C>G (p.Arg310Ser), по-видимому, не являются самостоятельной причиной заболевания, однако не исключается их возможное участие в модификации клинического фенотипа. Биоинформатический анализ играет ключевую роль в предварительной оценке значимости вновь выявленных мутаций в гене F12, способствует более точному поиску патогенных вариантов. Включение биоинформатических методов в диагностику необходимо при выявлении причины заболевания у пациентов с НАО с нормальным уровнем и функциональной активностью С1-ингибитора.

1. Манто И.А., Латышева Е.А., Сорокина Л.Е., Латышева Т.В. Место шкал и опросников в оценке тяжести течения и подборе долгосрочной профилактики у пациентов с наследственным ангиоотеком // Терапевтический архив, 2021. Т. 93, № 12. 1498-1509.

2. Печникова Н.А., Останкова Ю.В., Тотолян Арег А. Применение биоинформатического анализа для выявления генов-кандидатов, ассоциированных с наследственным ангиоотеком // Медицинская иммунология, 2022. Т. 24, № 5. С. 1027-1046. doi: 10.15789/1563-0625-AOB-2579.

3. Печникова Н.А., Останкова Ю.В., Сайтгалина М.А., Бебяков А.М., Денисова А.Р., Подчерняева Н.С., Тотолян Арег А. Применение биоинформатического анализа для прогностической оценки клинической значимости миссенс-мутаций гена HS3ST6 в развитии наследственного ангиоотека // Медицинская иммунология, 2022. Т. 25, №. 1. С. 135-154.

4. Российская ассоциация аллергологов и клинических иммунологов, Национальная Ассоциация Экспертов в области Первичных Иммунодефицитов. Первичные иммунодефициты с преимущественной недостаточностью синтеза антител: клинические рекомендации. М., 2022. 79 с. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://cr.minzdrav.gov.ru/view-cr/735_1 (дата обращения: 23.06.2025).

5. Российская Ассоциация Аллергологов и Клинических иммунологов, Национальная Ассоциация Экспертов в области Первичных Иммунодефицитов, Союз Педиатров России, Ассоциация медицинских генетиков. Наследственный ангиоотёк: клинические рекомендации. М., 2024. 79 с. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://cr.minzdrav.gov.ru/preview-cr/267_2 (дата обращения: 23.06.2025).

6. Adzhubei I.A., Schmidt S., Peshkin L., Ramensky V.E., Gerasimova A., Bork P., Kondrashov A.S., Sunyaev S.R. A method and server for predicting damaging missense mutations. Nat. Methods , 2010, Vol. 7, no. 4, pp. 248-249.

7. Beer N.L., Osbak K.K., van de Bunt M., Tribble N.D., Steele A.M., Wensley K.J., Gloyn A.L. Insights into the pathogenicity of rare missense GCK variants from the identification and functional characterization of compound heterozygous and double mutations inherited in cis. Diabetes Care , 2012, Vol. 35, no. 7, pp. 1482-1484.

8. Bork K., Wulff K., Meinke P., Wagner N., Hardt J., Witzke G. A novel mutation in the coagulation factor 12 gene in subjects with hereditary angioedema and normal C1-inhibitor. Clin. Immunol., 2011, Vol. 141, no. 1, pp. 31-35.

9. Busse P.J., Christiansen S.C., Riedl M.A., Banerji A., Bernstein J.A., Castaldo A.J., Craig T.J., Davis-Lorton M., Frank M.M., Gower R.G. US HAEA Medical Advisory Board 2020 Guidelines for the Management of Hereditary Angioedema. J. Allergy Clin. Immunol. Pract., 2021, Vol. 9, no. 1, pp. 132-150.

10. Camilli F., Borrmann A., Gholizadeh S., te Beek T.A.H., Kuipers R.K.P., Venselaar H. The future of HOPE: what can and cannot be predicted about the molecular effects of a disease causing point mutation in a protein? EMBnet.journal, 2011, Vol. 17, no. 1, pp. 25-37.

11. Capriotti E., Fariselli P., Casadio R. I-Mutant2.0: predicting stability changes upon mutation from the protein sequence or structure. Nucleic Acids Res., 2005, Vol. 33, Suppl. 2, pp. 306-310.

12. Cheng J., Randall A., Baldi P. Prediction of protein stability changes for single-site mutations using support vector machines. Proteins, 2006, Vol. 62, no. 4, pp. 1125-1132.

13. Cohn D.M., Renné T. Targeting factor XIIa for therapeutic interference with hereditary angioedema. J. Intern. Med., 2024, Vol. 296, no. 4, pp. 311-326.

14. Depetri F., Tedeschi A., Cugno M. Angioedema and emergency medicine: From pathophysiology to diagnosis and treatment. Eur. J. Intern. Med., 2019, Vol. 59, pp. 8-13.

15. Dewald G., Bork K. A missense mutation in the factor XII gene in a family with hereditary angioedema. Biochem. Biophys. Res. Commun., 2006, Vol. 343, no. 4, pp. 1286-1289.

16. Itan Y., Shang L., Boisson B., Ciancanelli M.J., Markle J.G., Martinez-Barricarte R., Scott E., Shah I., Stenson P.D., Gleeson J., Cooper D., Quintana-Murci L., Zhang S., Abel L., Casanova J. The mutation significance cutoff: gene-level thresholds for variant predictions. Nat. Methods, 2016, Vol. 13, no. 2, pp. 109-110.

17. Lucena-Aguilar G., Sanchez-Ivanov I., Matafonov A., Sun M.F., Cheng Q., Dickeson S.K., Verhamme I.M., Gailani D. Proteolytic properties of single-chain factor XII: a mechanism for triggering contact activation. Blood, 2017, Vol. 129, no. 11, pp. 1527-1537.

18. Liao S.M., Du Q.S., Meng J.Z., Pang Z.W., Huang R.B. The multiple roles of histidine in protein interactions. Chem. Cent. J., 2013, Vol. 7, no. 1, 44. doi: 10.1186/1752-153X-7-44.

19. Liu J., Qin J., Borodovsky A., Racie T., Castoreno A., Schlegel M., Maier M.A., Zimmerman T., Fitzgerald K., Butler J., Akinc A. An investigational RNAi therapeutic targeting Factor XII (ALN-F12) for the treatment of hereditary angioedema. RNA, 2019, Vol. 25, no. 2, pp. 255-263.

20. Meng E.C., Goddard T.D., Pettersen E.F., Couch G.S., Pearson Z.J., Morris J.H., Ferrin T.E. UCSF ChimeraX: Tools for structure building and analysis. Protein Sci., 2023, Vol. 32, no. 11, pp 23-38.

21. Motta G., Juliano L., Shariat-Madar Z. Kallikrein-kinin system: insights into a multifunctional system. Front. Physiol., 2023, Vol. 14, 1305981. doi: 10.3389/fphys.2023.1305981.

22. Mottaz A., David F.P.A., Veuthey A.L., Yip Y.L. Easy retrieval of single amino-acid polymorphisms and phenotype information using SwissVar. Bioinformatics, 2010, Vol. 26, no. 6, pp. 851-852.

23. Ng P.C., Henikoff S. SIFT: Predicting amino acid changes that affect protein function. Nucleic Acids Res., 2003, Vol. 31, no. 13, pp. 3812-3814.

24. Pac M., Bernatowska E. Comprehensive activities to increase recognition of primary immunodeficiency and access to immunoglobulin replacement therapy in Poland. Eur. J. Pediatr., 2016, Vol. 175, pp. 1099–1105.

25. Pathak M., Wilmann P., Awford J., Li C., Hamad B.K., Fischer P.M., Emsley J. Coagulation factor XII protease domain crystal structure. J. Thromb. Haemost., 2015,Vol. 13, no. 4, pp. 580-591.

26. Pejaver V., Urresti J., Lugo-Martinez J., Pagel K.A., Lin G.N., Nam H.J., Mort M., Cooper D.N., Sebat J., Iakoucheva L.M., Mooney S., Radivojac P. Inferring the molecular and phenotypic impact of amino acid variants with MutPred2. Nat. Commun., 2020, Vol. 11, 5918. doi: 10.1038/s41467-020-19669-x.

27. Rentzsch P., Witten D., Cooper G.M., Shendure J., Kircher M. CADD: predicting the deleteriousness of variants throughout the human genome. Nucleic Acids Res., 2019, Vol. 47, no. D1, pp. 886-894.

28. Rogers M.F., Shihab H.A., Mort M., Cooper D.N., Gaunt T.R., Campbell C. FATHMM-XF: accurate prediction of pathogenic point mutations via extended features. Bioinformatics, 2018, Vol. 34, no. 3, pp. 511-513.

29. Shamanaev A., Dickeson S.K., Ivanov I., Litvak M., Sun M.F., Kumar S., Gailani D. Mechanisms involved in hereditary angioedema with normal C1-inhibitor activity. Front. Physiol., 2023, Vol. 14, 1146834. doi: 10.3389/fphys.2023.1146834.

30. Sherry S.T., Ward M.H., Kholodov M., Baker J., Phan L., Smigielski E.M., Sirotkin K. dbSNP: the NCBI database of genetic variation. Nucleic Acids Res., 2001, Vol. 29, no. 1, pp. 308-311.

31. Sim N.L., Kumar P., Hu J., Henikoff S., Schneider G., Ng P.C. SIFT web server: predicting effects of amino acid substitutions on proteins. Nucleic Acids Res., 2012, Vol. 40, W1, pp. 452-457.

32. Steinhaus R., Proft S., Schuelke M., Cooper D.N., Schwarz J.M., Seelow D. MutationTaster2021. Nucleic Acids Res., 2021, Vol. 49, no. W1, pp. 446-451.

33. Stenson P.D., Mort M., Ball E.V., Chapman M., Evans K., Azevedo L., Hayden M.J., Heywood S., Millar D.S., Phillips A.D., Cooper D.N. The Human Gene Mutation Database (HGMD ® ): optimizing its use in a clinical diagnostic or research setting. Hum. Genet., 2020, Vol. 139, no. 10, pp. 1197–1207.

34. Trivedi R., Nagarajaram H.A. Intrinsically disordered proteins: an overview. Int. J. Mol. Sci., 2022, Vol. 23, no. 22, 14050. doi: 10.3390/ijms232214050.

35. Wu Y. Contact pathway of coagulation and inflammation. Thromb. J., 2015, Vol. 13, 17. doi: 10.1186/s12959-015-0048-y.

36. Zanichelli A., Magerl M., Longhurst H., Fabien V., Maurer M. Hereditary angioedema with C1 inhibitor deficiency: delay in diagnosis in Europe. Allergy Asthma Clin. Immunol., 2013, Vol. 9, no. 1, 29. doi: 10.1186/1710-1492-9-29.