БИОИНФОРМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ОДНОНУКЛЕОТИДНЫХ ВАРИАНТОВ ГЕНА F12, АССОЦИИРОВАННЫХ С НАСЛЕДСТВЕННЫМ АНГИООТЕКОМ

Резюме

Наследственный ангиоотек - генетически детерминированное заболевание, которое относится к первичным иммунодефицитам с нарушением системы комплимента. 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).

Результаты. 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. Печникова, Н. А., Останкова, Ю. В., & Тотолян, А. А. Применение биоинформатического анализа для выявления генов-кандидатов, ассоциированных с наследственным ангиоотеком //Медицинская иммунология. – 2022. – Т. 24. – №. 5. – С. 1027-1046. Pechnikova N.A., Ostankova Y.V., Liubimova N.E., Semenov A.V., Kuznetsova R.N., Totolian A.A. Application of bioinformatic analysis to identify the clinical significance of missense mutations in the HS3ST6 gene in the development of hereditary angioedema. Infektsiya i immunitet = Russian Journal of Infection and Immunity, 2022, Vol. 12, no. 5, pp. 997–1005. doi: 10.15789/1563-0625-AOB-2579.

2. Печникова, Н. А., Останкова, Ю. В., Сайтгалина, М. А., Бебяков, А. М., Денисова, А. Р., Подчерняева, Н. С., & Тотолян, А. 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. Pechnikova N.A., Ostankova Y.V., Liubimova N.E., Semenov A.V., Kuznetsova R.N., Totolian A.A. Application of bioinformatic analysis to identify the clinical significance of missense mutations in the HS3ST6 gene in the development of hereditary angioedema. Infektsiya i immunitet = Russian Journal of Infection and Immunity, 2022, Vol. 12, no. 5, pp. 997–1005. doi: 10.15789/1563-0625-ABA-2577

3. Российская Ассоциация Аллергологов и Клинических иммунологов, Национальная Ассоциация Экспертов в области Первичных Иммунодефицитов. Первичные иммунодефициты с преимущественной недостаточностью синтеза антител: клинические рекомендации. –2022 https://cr.minzdrav.gov.ru/preview-cr/267_2?utm_source=crm&utm_medium=email&utm_campaign=wim333_3_2_Gen_NAO_116002_CTE_NAO_180225&utm_content=btn_banner_top

4. Российская ассоциация аллергологов и клинических иммунологов, Союз педиатров России, Ассоциация медицинских генетиков, Национальная Ассоциация Экспертов в области Первичных Иммунодефицитов. Клинические рекомендации. Наследственный ангионевротический отек. –2024.

5. https://raaci.ru/dat/pdf/KR/PID.pdf

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. doi: 10.1038/nmeth0410-248

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. doi: 10.2337/dc11-2420

9. 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. doi: 10.1016/j.clim.2011.07.002

10. 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.

11. doi: 10.1016/j.jaip.2020.08.046

12. 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. 1–9.

13. doi: 10.14806/ej.17.1.212

14. 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.

15. doi: 10.1093/nar/gki375

16. 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.

17. doi: 10.1002/prot.20810

18. 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.

19. doi: 10.1111/joim.20008

20. 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.

21. doi: 10.1016/j.ejim.2018.09.004

22. 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.

23. - doi: 10.1016/j.bbrc.2006.03.092

24. Itan Y., Shang L., Boisson B., Ciancanelli M.J., Markle J.G., Martinez-Barricarte R., Scott E., Shah I., Stenson P.D., Gleeson J., et al. The mutation significance cutoff: gene-level thresholds for variant predictions. Nat. Methods, 2016, Vol. 13, no. 2, pp. 109–110.

25. - doi: 10.1038/nmeth.3739

26. 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. - doi: 10.1182/blood-2016-10-744110

27. 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, Article no. 44, pp. 1–12. - doi: 10.1186/1752-153X-7-44

28. 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. - doi: 10.1261/rna.068916.118

29. Manto I.A., Latysheva E.A., Sorokina L.E., Latysheva T.V. The place of scales and questionnaires in assessing the disease’s severity and the long-term prophylaxis’s prescribing in patients with hereditary angioedema. Terapevt. Arkh., 2021, Vol. 93, no. 12, pp. 1498–1509 https://doi.org/10.26442/00403660.2021.12.201294

30. 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.

31. doi: 10.1002/pro.4792

32. Motta G., Juliano L., Shariat-Madar Z. Kallikrein-kinin system: insights into a multifunctional system. Front. Physiol., 2023, Vol. 14, Article no. 1305981.

33. doi: 10.3389/fphys.2023.1305981

34. 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.

35. doi: 10.1093/bioinformatics/btq028

36. 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.

37. doi: 10.1093/nar/gkg509

38. 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.

39. doi: 10.1007/s00431-016-2746-2

40. 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.

41. doi: 10.1111/jth.12849

42. 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., et al. Inferring the molecular and phenotypic impact of amino acid variants with MutPred2. Nat. Commun., 2020, Vol. 11, Article no. 5918.

43. doi: 10.1038/s41467-020-19669-x

44. 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, D1, pp. 886–894.

45. doi: 10.1093/nar/gky1016

46. 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.

47. doi: 10.1093/bioinformatics/btx536

48. 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, Article no. 1146834.

49. doi: 10.3389/fphys.2023.1146834

50. 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.

51. doi: 10.1093/nar/29.1.308

52. 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.

53. doi: 10.1093/nar/gks539.

54. Steinhaus R., Proft S., Schuelke M., Cooper D.N., Schwarz J.M., Seelow D. MutationTaster2021. Nucleic Acids Res., 2021, Vol. 49, W1, pp. 446–451.

55. doi: 10.1093/nar/gkab266

56. 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.

57. doi: 10.1007/s00439-020-02199-3

58. Trivedi R., Nagarajaram H.A. Intrinsically disordered proteins: an overview. Int. J. Mol. Sci., 2022, Vol. 23, no. 22, Article no. 14050.

59. doi: 10.3390/ijms232214050

60. Wu Y. Contact pathway of coagulation and inflammation. Thromb. J., 2015, Vol. 13, Article no. 1, pp. 1–9.

61. doi: 10.1186/s12959-015-0048-y

62. 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, Article no. 29.

63. doi: 10.1186/1710-1492-9-29