Katsaus Lihassolun tarttumiskompleksin ja tukirangan proteiinit periytyvissä lihassairauksissa Olli Carpén Periytyvät lihastaudit koostuvat useista tautimuodoista, joiden ilmenemisikä ja ilmiasu vaihtelevat huomattavasti. Vaikeimmat muodot ilmenevät jo vastasyntyneillä ja voivat johtaa kuolemaan ennen ensimmäistä ikävuotta. Lievimmissä muodoissa taudin aiheuttama haitta ei rajoita vakavasti normaalia elämää. Lihastaudit voivat kohdistua ensisijaisesti motoneuroniin, hermo-lihasliitokseen tai itse lihakseen. Tässä katsauksesssa käsitellään niitä lihakseen kohdistuvia tauteja, joissa geneettisen virheen seurauksena joko lihassolun solukalvon eli sarkolemman tarttumiskompleksin tai lihaksen supistumisyksikön eli sarkomeerin rakenne ja toiminta on muuttunut. Vaikka useiden tähän ryhmään kuuluvien lihastautien kliininen kuva on tunnettu yli vuosisadan ajan, ensimmäinen tautigeeni löydettiin vasta runsas vuosikymmen sitten. Nykyisin tunnetaan lähes 30 lihastautigeeniä. Ne voidaan toimintansa perusteella jakaa kolmeen ryhmään: solukalvon tarttumiskompleksin proteiineja koodaaviin geeneihin, sarkomeerin geeneihin ja muihin geeneihin. Viime aikoina on opittu ymmärtämään myös geenien tuottamien proteiinien toimintaa ja sitä kautta tautien syntymekanismeja ja näin pystytty tehostamaan spesifisiin hoitoihin tähtääviä kokeiluja. Lihastaudit muodostavat laajan periytyvien tautien kirjon. Lähes 30 tunnetun geenin mutaatioiden tiedetään johtavan lihastauteihin, ja lisäksi on paikannettu parikymmentä kromosomialuetta, joilla sijaitsevia lihastautigeenejä ei vielä tunneta (Neuromuscular Disorders: gene location 2002). Lisäksi tunnetaan useita tautimuotoja, joissa tunnetut tautigeenit tai geenipaikat on voitu sulkea pois. Eri tautimuodot voivat periytyä X-kromosomissa, autosomissa vallitsevasti tai autosomissa peittyvästi. Muutamien geenien osalta periytyvyys on mutaation mukaan vallitseva tai peittyvä. Tässä katsauksessa käsiteltävien solukalvon tarttumisrakenteiden ja tukirangan proteiinien lisäksi lihastauteja voivat aiheuttaa mutaatiot, joiden vaikutukset kohdistuvat tumakalvon proteiineihin ja eräisiin entsyymeihin. Geneettisten lihaksiin vaikuttavien tautien aiheuttajia ovat myös solukalvon ionikanavien virheet, mitokondriaaliset geenivirheet ja mutaatiot, jotka vaikuttavat hermo-lihasliitoksissa tai hermoissa ilmentyviin proteiineihin. Vaikka kardiomyopatiageenejä ei tässä yhteydessä käsitellä, on syytä mainita, että moniin lihastauteihin liittyy sydänmanifestaatioita ja että patogeneettiset mekanismit luustolihaksen ja sydänlihaksen taudeissa saattavat olla varsin samankaltaisia (Heliö ym. 2001). Lihastaudit on ryhmitelty totunnaisesti ilmiasun tai periytymistavan perusteella. Seuraavassa kuitenkin käsitellään tarttumiskompleksin ja tukirangan geenivirheitä vaikutuskohtiensa mukaisesti jaoteltuina (taulukko). Tällainen jaottelu puolustaa paikkaansa etenkin eri tautimuotojen patogeneesia tutkittaessa. Geenivirheiden diagnostiikan työläyden takia ilmiasuun perustuva jaottelu säilynee kuitenkin vielä pitkään kliinisessä käytössä. Duodecim 2003;119:179 86 179
Taulukko. Lihastautigeenien ryhmittely vaikutuskohdittain. Geenivirheen vaikutuskohta Tauti Tarttumiskompleksi (sarkolemma + liitännäismolekyylit) Sarkolemmopatiat (11 geeniä) dystrofiini Duchennen ja Beckerin lihasdystrofiat γ, α, β, δ-sarkoglykaani LGMD2C-F 1 α 2 -laminiini (merosiini) vaikea synnynnäinen lihasdystrofia kollageeni VI Bethlemin myopatia = lievä synnynnäinen lihasdystrofia α 7 -integriini lievä kongenitaalinen lihasdystrofia kaveoliini-3 LGMD1C dysferliini LGMD2B distaalinen Miyoshin myopatia Tukiranka (sarkomeeri+intermediaarifilamentit) Sarkomeropatiat (10 geeniä) Ohuiden alkusäikeiden komponentit α- ja β-tropomyosiini nemaliinimyopatia nebuliini nemaliinimyopatia sarkomeerinen aktiini nemaliinimyopatia troponiini T nemaliinimyopatia Z-levyn komponentit myotiliini LGMD1A teletoniini LGMD2G Välimuotoiset filamentit desmiini desmiiniin liittyvä myopatia αb-kristalliini desmiiniin liittyvä myopatia plektiini»epidermolysis bullosa simplex with late-onset muscular dystrophy» Muut (7 geeniä) Tumakalvon proteiinit lamiini A/C emeriini Entsyymit, kinaasit, reseptorit kalpaiini myotoniiniproteiinikinaasi myotubulariini ryanodiinireseptori (RYR1) Vaikutuskohta tuntematon fukutiini, polya:ta sitova proteiini Emery Dreifussin lihasdystrofia, autosomaalinen vallitseva, LGMD1B Emery Dreifussin lihasdystrofia, X-kromosominen LGMD2A myotoninen dystrofia myotubulaarinen myopatia»central core disease» Fukuyaman lihasdystrofia 1 LGMD = lantio-hartiadystrofia Lihaksen supistumisyksikön ja voimansiirtoketjun rakenne Lihassolun eli myosyytin tukiranka koostuu peräkkäisistä supistumisyksiköistä, sarkomeereista (kuva l). Sarkomeerin osat ovat paksu alkusäie, jonka pääkomponentti on myosiini, sekä aktiinisäikeistä ja useista aktiiniin sitoutuvista proteiineista koostuva ohut alkusäie. Ohuet alkusäikeet kiinnittyvät toisiinsa Z-levyiksi nimetyissä rakenteissa. Z-levyn tärkein rakenneosa on α-aktiniini, aktiinisäikeitä yhteensitova molekyyli, mutta Z-levyissä on myös useita muita rakennetta vahvistavia ja soluviestintää välittäviä molekyylejä. Kookas sauvamainen molekyyli nebuliini seuraa ohutta alkusäiettä Z-levystä säikeen kärkeen. Sen tehtävänä on säädellä ohutfilamentin pituutta ja vakautta. Ohuita ja paksuja alkusäikeitä yhdistää titiini, elimistömme kookkain molekyyli, joka toisaalta sitoutuu ohutsäikeisiin Z-levyn alueella ja toisaalta paksuihin alkusäikeisiin M-juovassa. Titiini toimii sarkomeerin»viivoittimena», joka säätelee sarkomeerin pituutta, ja toisaalta»jousena», joka painuu kokoon lihassupistuksessa ja venyy lihaksen relaksoituessa palauttaen sarkomeerin alkuperäiseen pituuteensa. Z-levyä ympäröi välimuotoisista säikeistä koostuva säieverkosto, jonka pääkomponentti on desmiini. Desmiini ja 180 O. Carpén
M-viiva Z-viiva Desmiini DRM Sarkomeeri I-juova A-juova Troponiini (T, C, I) NM Tropomyosiini NM Tropomoduliini α-aktiniini Myotiliini LGMD1A Aktiini NM Myosiini Nebuliini NM Titiini TM Teletoniini LGMD2G Kuva 1. Kaavio lihaksen sarkomeerin tärkeimmistä rakennemolekyyleistä ja niiden yhteydestä lihastauteihin. Aktiinista ja siihen liittyvistä molekyyleistä muodostuvat ohuet alkusäikeet liittyvät toisiinsa Z-levyssä. Sarkomeerin rakennetta vakauttaa paksuihin ja ohuisiin alkusäikeisiin kiinnittyvä titiini. Ohuita alkusäikeitä vakauttaa puolestaan nebuliini. Z-levyä ympäröivät desmiinistä ja siihen liittyvistä molekyyleistä koostuvat välimuotoiset filamentit. Z-levy yhdistyy kostameerirakenteissa sarkolemman tarttumiskompleksiin. Kaaviossa on esitetty vain osa Z-levyn rakennemolekyyleistä. Kursivoidut lyhenteet proteiinien nimien perässä kuvaavat lihastautiyhteyksiä. NM = nemaliinimyopatia, LGMD = lantio-hartiadystrofia, TMD = tibiaalinen lihasdystrofia DRM = desmiiniin liittyvä myopatia. siihen liittyvät proteiinit ovat tarpeellisia kehityksen aikana Z-levyjen muodostuessa. Kypsissä lihassäikeissä välimuotoiset filamentit tukevat Z-levyn rakennetta. Lihassupistuksen aikana paksut alkusäikeet liukuvat myosiinimoottorin avulla ohuiden alkusäikeiden lomaan. Näin syntyvä supistusvoima siirtyy sarkomeerista lihassolukalvoon (sarkolemmaan) ja edelleen solunulkoiseen väliaineeseen. Supistusvoiman välitykseen osallistuvat näin Z-levyn molekyylit ja sarkolemmassa sijaitseva, useista toisiinsa liittyneistä molekyyleistä koostuva tarttumiskompleksi, joka yhdistää Z-levyn solunulkoiseen väliaineeseen (kuva 2). Tätä liitosaluetta kutsutaan kostameeriksi. Tärkein väliainetta sitova sarkolemman molekyyli on dystroglykaani, kahdesta alayksiköstä koostuva solukalvon läpäisevä molekyyli. Solun ulkopuolella dystroglykaani tarttuu laminiiniin, lihassoluja ympäröivään väliaineeseen, ja solun sisällä useisiin molekyyleihin. Näistä tärkein on dystrofiini, ankkurimolekyyli, joka yhdistää dystroglykaanin Z-levyyn. Ankkurointitehtävän lisäksi dystrofiinilla on tärkeä tehtävä solukalvon sisäisenä tukimolekyylinä, joka rajoittaa solukalvon venymistä lihassupistuksen aikana. Dystroglykaani sitoutuu myös viidestä alayksiköstä koostuvaan sarkoglykaanikom- Lihassolun tarttumiskompleksin ja tukirangan proteiinit periytyvissä lihassairauksissa 181
Solunulkoinen väliaine Lievä synnynnäinen lihasdystrofia Myoshin myopatia LGMD2B Dystroglykaani Synnynnäinen lihasdystrofia α 2 Laminiini 2 α Sarkoglykaanit LGMD2D LGMD2E LGMD2C LGMD2F Lihassolun solukalvo α 7 -Integriini Dysferliini β α β χ δ ε Dystrobreviini Kaveoliini 3 Sytoplasma F-aktiini Dystrofiini Duchennen ja Beckerin lihasdystrofia α1 β1 C NNOS LGMD1C Kalpaiini LGMD2A Kuva 2. Sarkolemman tarttumiskompleksi ja sarkolemman proteiinien tautiyhteydet. Tarttumiskompleksin tehtävänä on siirtää lihassupistuksessa syntyvä voima solunulkoiseen väliaineeseen ja tukea lihassolun solukalvoa, sarkolemmaa. Solukalvon läpäisevä dystroglykaani sitoutuu solun sisällä dystrofiiniin, joka liittyy aktiinitukirankaan, ja solun ulkopuolella soluväliaineen rakenneosaan α 2 -laminiiniin. Rakennetta tukee useista alayksiköistä koostuva sarkoglykaanikompleksi. Solujen tarttumista edistää myös α 7 - integriinikompleksi. Tarttumiskompleksiin liittyy lisäksi solunsisäiseen viestijärjestelmään osallistuvia molekyylejä, kuten kaveoliini 3 ja neuraalinen typpioksidisyntaasi (nnos). LGMD = lantio-hartiadystrofia. pleksiin. Tämä kompleksi vahvistaa sarkoglykaanin ja dystrofiinin välistä sidosta ja siten sarkolemman integriteettiä. Dystroglykaani sitoo myös kaveoliini 3:a, valkuaisainetta, joka osallistuu solukalvon pinnalla olevien viestintärakenteiden kokoamiseen. Näin monimutkainen, useista toisiinsa liittyvistä tukirankamolekyyleistä koostuva proteiiniverkosto on tarpeen, jotta lihassolu kestäisi lihassupistuksessa syntyvän toistuvan mekaanisen rasituksen. Toisaalta molekyylien runsas määrä tekee rakenteen alttiiksi geneettisille virheille. Jos jokin verkoston osista on viallinen, häiriytyy koko järjestelmän toiminta. Useimmat tunnetuista lihastautigeeneistä koodaavatkin proteiineja, jotka muodostavat sarkomeerin ohutfilamentteja, Z-levyä tai sarkolemman tarttumiskompleksia. Tautikirjon laajuutta lisää se, että useat lihastautigeeneistä ilmentyvät vain tai pääasiallisesti lihassoluissa. Koska ilmiasu rajoittuu lihaskudokseen, ei yksittäisen proteiinin täydellinenkään puuttuminen johda sikiöaikaiseen menehtymiseen toisin kuin usean molekyylin puutoksen vaikuttaessa moniin kudoksiin. Lihassolukalvon tarttumiskompleksin tautigeenit Tunnetuin ja yleisin lihastautia aiheuttava geeni koodaa dystrofiinia, ja sen mutaatiot johtavat Duchennen tai Beckerin lihasdystrofiaan (kuva 2) (Ozawa ym. 2001). Duchennen lihasdystrofiassa dystrofiini puuttuu lihassoluista täysin. Lievemmässä Beckerin lihasdystrofiassa dystrofiinia ilmentyy mutta geenivirheen vuoksi sen määrä on pienentynyt tai toimintakyky on puutteellinen proteiinin muuntuneen koon tai rakenteen takia. Koska dystrofiinia koodaava geeni sijaitsee X-kromosomissa, tauti ilmenee pojilla; naiset ovat yleensä oireettomia kantajia. Arvellaan, että taudin patogeneesin kannalta dystrofiinin solukalvoa tukeva vaikutus on merkittävä (Ozawa ym. 2001). Dystrofiinin puuttuessa supistuvan lihassolun lipidikalvo ei kestä 182 O. Carpén
siihen kohdistuvaa mekaanista rasitusta vaan vaurioituu ja alkaa läpäistä pieniä molekyylejä. Näin soluihin virtaa Ca 2+ -ioneja, jotka säätelevät mm. supistus-relaksaatiokiertoa, glykogenolyysiä, geenien ilmentymistä ja soluviestintää. Suurentunut solunsisäinen Ca 2+ -pitoisuus aiheuttaa muutoksia solujen homeostaasissa ja häiritsee solujen toimintaa. Ääritapauksessa seurauksena on solukuolema. Suuri Ca 2+ -pitoisuus saattaa esimerkiksi aktivoida kalpaiinientsyymin, joka hajottaa solun tukirangan rakenteita. Lihassolut voivat osittain suojautua dystrofiinin puutteelta ilmentämällä dystrofiinia muistuttavaa utrofiinia. Utrofiini pystyy ainakin osittain välittämään dystrofiinin molekyylisidoksia ja suojavaikutusta. Suojavaikutus on todettavissa eläinkokeissa, joissa sekä dystrofiinin että utrofiinin puute aikaansaa huomattavasti vaikeamman taudinkuvan kuin dystrofiinin puute. Utrofiinin määrä dystrofisissa lihassoluissa on kuitenkin huomattavasti vähäisempi kuin normaalisolujen dystrofiinimäärä. Peittyvästi periytyvien lantio-hartiadystrofioiden (limb-girdle muscular dystrophy, LGMD) syynä on yleisimmin sarkoglykaanikompleksin puutos (Ozawa ym. 2001). Puutos johtuu siitä, että sarkoglykaanikompleksin α-, β-, γ-, tai δ- alayksikköä ei synny kummankin alleelin geenivirheen vuoksi. Sarkoglykaanikompleksin ilmentymisessä kaikki alayksiköt ovat tarpeen, muussa tapauksessa viallinen proteiinikompleksi tuhoutuu solussa, ennen kuin se kulkeutuu solukalvoon. Kaikkien sarkoglykaanikompleksin geenivirheiden ilmiasu on samankaltainen. Taudinkuva muistuttaa Beckerin lihasdystrofiaa mutta on yleensä lievempi. Dystroglykaani tarttuu solun ulkopuolella laminiini 2:een (merosiiniin), tyvikalvon kolmiketjuiseen valkuaisaineeseen. Laminiinin α 2 -alayksikön mutaatiot johtavat peittyvästi periytyvään vaikeaan synnynnäiseen lihasdystrofiaan. Taudin patogeneesin arvellaan olevan samankaltainen kuin Duchennen lihasdystrofiassa: puutteellisen laminiini-dystroglykaani-dystrofiiniliitoksen vuoksi lihassolun kalvo joutuu alttiiksi patologiselle mekaaniselle rasitukselle, josta seuraa korjaantumattomia soluvaurioita. Koska laminiinin puutteessa ei löydy utrofiinin tapaista kompensatorista molekyyliä, oireet ovat vaikeat ja ilmenevät jo vastasyntyneillä. Edellä kuvattujen lisäksi tunnetaan useita muita solukalvon molekyylejä tai solukalvoon kiinnittyviä rakenteita koodaavia geenejä, joiden mutaatiot johtavat lihastauteihin (kuva 2). Dystroglykaanin solunsisäiseen osaan sitoutuva lihasspesifinen proteiini kaveoliini 3 sijaitsee solukalvon erityisissä rasvalautoissa (lipid rafts), joihin kertyy useita soluviestintään osallistuvia molekyylejä (Simons ja Ikonen 1997). Kaveoliini 3 -geenin virhe johtaa vallitsevasti periytyvään lievään LGMD-tautiin (Minetti ym. 1998). Patogeneettinen mekanismi on vielä avoin, mutta on mahdollista, että poikkeava soluviestintä herkistää solut ohjelmoituneelle solukuolemalle. Dystroglykaanin lisäksi lihassoluja sitovat soluvälitilaan integriiniperheen tarttumismolekyylit. Dystroglykaanin tapaan integriinin α 7 -ketju tarttuu laminiiniin. α 7 -ketjun mutaatiot aiheuttavat lievän synnynnäisen tautimuodon (Ozawa ym. 2001). Soluvälitilan kollageeni VI -alayksikön mutaatiot johtavat myös lievään lihasdystrofiaan. Dysferliini on solukalvon läpäisevä proteiini, jonka puuttuminen voi johtaa kahteen eri ilmiasuun: tyypilliseen peittyvästi periytyvään LGMD-tautiin tai Miyoshin myopatiaan (Ozawa ym. 2001). Viimeksi mainittu painottuu ääreisalueen lihaksiin. Dysferliinin tehtäviä tai erilaisten ilmiasujen syytä ei tunneta, ja tautien syntytapa on vielä selvittämättä. Solun tukirangan geenivirheet Nemaliinimyopatiat ovat lihastautiryhmä, joiden diagnostisena piirteenä ovat elektronitiheiden sauvamaisten rakenteiden kertymät lihassoluissa (Wallgren-Pettersson ym. 1999) (kuva 3). Nämä rakenteet koostuvat Z-levyn rakenneproteiineista kuten α-aktiniinista ja aktiinista. Vaikeimmat nemaliinimyopatiat johtavat sikiön liikkumattomuuteen ja menehtymiseen, mutta yleensä tauti havaitaan vasta syntymän jälkeen. Nykyään tunnetaan viisi nemaliinimyopatiageeniä, jotka eivät kuitenkaan kata kaikkia periytyviä muotoja. Yhteistä geenituotteille on se, että kaikki ovat ohuiden alkusäikeiden rakenneosia. Lihassolun tarttumiskompleksin ja tukirangan proteiinit periytyvissä lihassairauksissa 183
Kuva 3. A) Mikroskooppiset muutokset nemaliinimyopatiassa. Z-levyn rakenneosista koostuvat säiekimput eli nemaliinikappaleet näkyvät punaisina kertyminä Massonin trikromivärjäyksessä. B) Elektronimikroskooppikuvassa on nähtävissä elektronitiheitä säiekimppuja, jotka muodostavat nemaliinikappaleita. Kuvan lahjoitti tri Rolf Schröder, Bonnin yliopisto, Saksa. Poikkijuovaisen lihaksen aktiinia koodaavassa geenissä tunnetaan useita mutaatioita, jotka voivat johtaa vallitsevasti tai peittyvästi periytyvään tautiin (Nowak ym. 1999). Toisin kuin tarttumiskompleksin taudeissa aktiinin tai muiden nemaliinimyopatiageenien virheet eivät estä proteiinien ilmentymistä vaan muokkaavat niiden ominaisuuksia. Näin ollen tautien patogeneesissä on olennaista proteiinien viallinen toiminta ei niiden puute. Mitään tyypillistä aktiinimutaatiota ei esiinny, vaan mutaatiot kattavat laajalti aktiinin eri alueet. Verrattaessa mutaatiokohtia niihin, jotka aiheuttavat leivontahiivan aktiinissa ilmiasun ja toiminnan muutoksia, on kuitenkin todettavissa, että mutaatiokohdat ovat yhtäläisiä ja tyypillisesti vaikuttavat kohtiin, joilla aktiini sitoutuu muihin molekyyleihin. Nebuliinigeenin mutaatiot ovat yleisimpiä nemaliinimyopatioiden aiheuttajia. Niiden etsiminen on haastava tehtävä geenin suuresta koon takia ja siksi, että etenkin alueella, jolla nebuliini sitoutuu Z-levyyn, esiintyy hyvin samankaltaisia vaihtelevasti silmukoituvia eksonialueita. Juuri tältä Z-levyyn sitoutuvalta alueelta on löydetty useimmat nebuliinimutaatiot (Pelin ym. 1999). Tyypillisesti niiden seurauksena tiettyjen isoformien rakenne häiriintyy ja seurauksena on aktiinisäiettä tai Z-levyä säätelevien ominaisuuksien muuttuminen. Kolmen aktiinijuostetta stabiloivan ja aktiinin toimintaa supistustapahtumassa säätelevän proteiinin, α- ja β-tropomyosiinin sekä troponiini T:n tiedetään liittyvän harvinaisiin nemaliinimyopatioihin (Wallgren-Pettersson ja Laing 2001). Näiden geenien virheet muuttavat tyypillisesti vain yhtä aminohappoa mutta vaikuttavat kuitenkin ratkaisevasti proteiinien toimintaan. Proteiinien muuntuneiden alueiden toiminta lienee aktiinin tapaan säilynyt evoluutiossa, sillä esimerkiksi tropomyosiini-3:n pistemutaatio (Met9Arg) saa aikaan samankaltaisen ilmiasun ihmisellä ja hiirellä (Corbett ym. 2001). Vielä pari vuotta sitten uskottiin, etta sarkolemman geenien virheet johtavat lihasdystrofioihin ja sarkomeerin geenivirheet synnynnäisiin tai rakenteellisiin myopatioihin. Hiljattain on kuitenkin löydetty kaksi uutta Z-levyn proteiinia, myotiliini ja teletoniini, jotka liittyvät lihasdystrofioihin (kuva 1). Myotiliini on uudentyyppinen rakenneproteiini, joka sitoutuu α-aktiniiniin, aktiiniin ja aktiinia sitovaan γ-filamiiniin (Salmikangas ym. 1999). Se kimputtaa aktiinia ja stabiloi muodostuneita aktiinikimppuja. Sen arvellaan α-aktiniinin lisäksi muodostavan Z- levyn tukirungon, johon muut Z-levyn komponentit voivat liittyä. Merkittävään rakenteelliseen tehtävään viittaa se, että yhden aminohapon mutaatio (Thr57Ile) aikaansaa vallitsevasti periytyvän LGMD-muodon (Hauser ym. 2000). On mielenkiintoista, että potilaiden lihaksissa esiintyy säiekertymiä, jotka muistuttavat nemaliinikappaleita. Näin ollen patogeneesissä saattaa olla samoja piirteitä kuin nemaliinimyopati- 184 O. Carpén
oissa. Teletoniini on titiinin N-päähän sitoutuva proteiini, joka sitoutuu epäsuorasti myös α-aktiniiniin. Teletoniinin puute saa aikaan peittyvästi periytyvän LGMD-taudin (Moreira ym. 2000). Vaikka sekä myotiliini että teletoniini ovat Z-levyn rakenneosia ja yhteydessä α-aktiniiniin, on vielä epäselvää, ovatko molempien geenien virheiden aiheuttamat patogeneettiset mekanismit yhteiset. Teletoniinin sitoutumiskohde titiini osoittautui myös äskettäin lihasdystrofiageeniksi, kun Suomessa ensimmäisenä kuvattua tibiaalista lihasdystrofiaa sairastavalta potilaalta löydettiin titiinigeenin mutaatio (Hackman ym. 2002). Z-levyn aktiiniin sitoutuvia rakenteita ympäröi välimuotoisten filamenttien verkko, jonka tärkein osa on desmiini. Desmiinin mutaatiot voivat aiheuttaa vallitsevasti tai peittyvästi periytyvän myopatian, jonka tyyppipiirteinä ovat välimuotoisten filamenttien kertymät lihassyissä ja varhain alkava mutta suhteellisen lievä ääreislihaksiin painottuva tauti (Bornemann ja Goebel 2001). Samankaltaisen taudinkuvan voi aiheuttaa mutaatio α-β-kristalliinin geenissä, joka koodaa desmiiniin liittyvää proteiinia. Lihastautien diagnostiikka Taudinaiheuttajageenien löytäminen on avannut uudenlaisia mahdollisuuksia yhä tarkempaan lihastautien diagnostiikkaan. Vaikka taudin kliininen kuva ja histopatologiset löydökset ovat säilyneet diagnostiikan kulmakivinä, kuuluvat myös immunohistokemialliset värjäykset lihastautien rutiinitutkimuksiin. Immuunivärjäysten avulla voidaan tunnistaa useimmat sarkolemmaperäiset lihastaudit, joissa löydöksenä on tietyn proteiinin puuttuminen solukalvosta. Sarkoglykanopatioissa tulosten tulkintaa vaikeuttaa se, että yhden sarkoglykaanikompleksin alayksikön puutos estää myös kompleksin muiden osien kulkeutumisen solukalvolle ja näin ollen värjäystulos on poikkeava kaikkien alayksiköiden suhteen. Diagnostiseksi lisäavuksi onkin esitetty»immunoblotting»-menetelmää, jolla voidaan arvioida proteiinien kokoa ja määrää luotettavammin kuin immuunivärjäyksillä (Bornemann ja Anderson 2000). Diagnostiikka on edelleen hankalaa tautimuodoissa, joissa proteiini ei häviä vaan sen toiminta muuttuu. Esimerkiksi nemaliinimyopatiapotilaiden geneettisen vian selvittämiseksi saatetaan joutua lukemaan useiden geenien emäsjärjestys. Koska mitään tyyppimutaatioita ei esiinny, ei geneettistä analyysiä voida kohdentaa. Geenilöydöksistä patogeneesin ymmärtämiseen ja hoitoon Viimeaikaiset läpimurrot lihastautigeenien etsinnässä ovat auttaneet ymmärtämään tautien molekylaarista syntytapaa. Huolimatta geenien laajasta kirjosta eri tautimuotojen patogeneesissä on todettu samankaltaisuuksia. On mahdollista, että solujen reaktio eri geenivirheiden seurauksina syntyneisiin tukirakenteen häiriöihin on yhtäläinen ja että solujen pitkittynyt stressi johtaa ohjelmoituneeseen solukuolemaan. Tältä osin periytyvien luustolihas- ja sydänlihastautien patogeneesit muistuttavat toisiaan. Syntymekanismin selvittämisessä ja uusien hoitojen kehittämisessä myös eläinmalleilla on tärkeä merkitys. Valtaosasta lihastauteja on olemassa spontaaneja eläinten tautimuotoja tai muuntogeenisiä tautimalleja (Allamand ja Campbell 2000). Tautien oireet ja histopatologiset muutokset muistuttavat läheisesti ihmisen lihastauteja. Tämän vuoksi eläinmallit tarjoavat erinomaisen tavan selvittää tautien patogeneesiä ja kehittää uusia hoitomuotoja. Parhaillaan testataan kolmea uutta hoitostrategiaa. Ex vivo -hoitokokeissa pyritään korvaamaan viallisia lihassoluja siirtämällä viljeltyjä»normaaleja» myoblasteja tai kantasoluja sairaisiin lihaksiin. In vivo -hoitostrategiassa tähdätään siihen, että virusvektorien avulla voidaan korvata myosyyttien viallinen geeni terveellä tai kompensatorisella geenillä. Kolmantena vaihtoehtona kehitetään lääkehoitoja. Vaikka joissakin tautimalleissa hoitokokeiden tulokset ovat olleet lupaavia ja johtaneet kliinisiin kokeisiin, on näköpiirissä vielä monia esteitä, ennenkuin lihastautien syiden ymmärtämisestä edetään tautien hoitoon. Lihassolun tarttumiskompleksin ja tukirangan proteiinit periytyvissä lihassairauksissa 185
Kirjallisuutta Allamand V, Campbell KP. Animal models for muscular dystrophy: valuable tools for the development of therapies. Hum Mol Genet 2000; 9:2459 67. Bornemann A, Anderson LV. Diagnostic protein expression in human muscle biopsies. Brain Pathol 2000;10:193 214. Bornemann A, Goebel HH. Congenital myopathies. Brain Pathol 2001; 11:206 17. Corbett MA, Robinson CS, Dunglison GF, ym. A mutation in alpha-tropomyosin (slow) affects muscle strength, maturation and hypertrophy in a mouse model for nemaline myopathy. Hum Mol Genet 2001;10:317 28. Hackman P, Vihola A, Haravuori H, ym. Tibial muscular dystrophy is a titinopathy caused by mutations in TTN, the gene encoding the giant skeletal-muscle protein titin. Am J Hum Genet 2002;71:492 500. Hauser MA, Horrigan SK, Salmikangas P, ym. Myotilin is mutated in limb girdle muscular dystrophy 1A. Hum Mol Genet 2000;9:2141 7. Heliö T, Kaartinen M, Kärkkäinen S, Peuhkurinen K. Laajentavan kardiomyopatian geenivirheet. Duodecim 2001;117:1797 800. Minetti C, Sotgia F, Bruno C, ym. Mutations in the caveolin-3 gene cause autosomal dominant limb-girdle muscular dystrophy. Nat Genet 1998;18:365 8. Moreira ES, Wiltshire TJ, Faulkner G, ym. Limb-girdle muscular dystrophy type 2G is caused by mutations in the gene encoding the sarcomeric protein telethonin. Nat Genet 2000;24:163 6. Neuromuscular disorders: gene location. Neuromuscul Disord 2002;12: 513 23. /www.elsevier.com/homepage/sah/nmd/doc/gene_location. pdf Nowak KJ, Wattanasirichaigoon D, Goebel HH, ym. Mutations in the skeletal muscle alpha-actin gene in patients with actin myopathy and nemaline myopathy. Nat Genet 1999:23:208 12. Ozawa E, Nishino I, Nonaka I. Sarcolemmopathy: muscular dystrophies with cell membrane defects. Brain Pathol 2001;11:218 30. Pelin K, Hilpelä P, Donner K, ym. Mutations in the nebulin gene associated with autosomal recessive nemaline myopathy. Proc Natl Acad Sci U S A 1999;96:2305 10. Salmikangas P, Mykkänen OM, Grönholm M, Heiska L, Kere J, Carpén O. Myotilin, a novel sarcomeric protein with two Ig-like domains, is encoded by a candidate gene for limb-girdle muscular dystrophy. Hum Mol Genet 1999;8:1329 36. Simons K, Ikonen E. Functional rafts in cell membranes. Nature 1997; 387:569 72. Wallgren-Pettersson C, Pelin K. Hilpela P, ym. Clinical and genetic heterogeneity in autosomal recessive nemaline myopathy. Neuromuscul Disord 1999;9:564 72. Wallgren-Pettersson C. Laing NG. Report of the 83rd ENMC International Workshop: 4th Workshop on Nemaline Myopathy, 22-24 September 2000, Naarden, The Netherlands. Neuromuscul Disord 2001;11:589 95. OLLI CARPÉN, dosentti, akatemiatutkija olli.carpen@helsinki.fi Helsingin yliopiston kliinisteoreettinen laitos, patologian osasto ja neurotieteiden tutkimusohjelma Biomedicum PL 63, 00014 Helsingin yliopisto ja HYKS Laboratoriodiagnostiikka, Patologia ja lääketieteellinen genetiikka 186