Analysis of ESR1 gene mutation in patients with newly diagnosed and recurrent pelvic organ prolapse

• Farida F. Minnullina
• Marat G. Gordiev
• Mekan R. Orazov
• Victor E. Radzinsky
• Mariya S. Kopaeva
• Liliya M. Mukhametzyanova

Abstract

Pelvic organ prolapse (POP) is a multifactorial, highly prevalent condition, yet its etiology remains poorly understood. Currently, the prevalence of POP worldwide reaches 50%. It is important to note that the risk of developing POP increases exponentially with age: in women aged 20–29 years, the prevalence of POP is 6%, in women aged 50–59 years, it reaches 31%, and by age 80 and older, it exceeds 50%. According to clinical studies, POP is characterized by the presence of anatomical, morphological, genetic, and metabolic defects of the pelvic fascia and muscular component of the pelvic floor, followed by the development of pelvic organ prolapse. Morphological studies have revealed microcirculatory disorders in the fascia, accompanied by decreased functional activity of the vascular walls and impaired blood rheology. However, unlike many other gynecological diseases, the molecular genetic architecture of POP remains poorly understood. Recent large-scale genome-wide association studies (GWAS) have identified numerous new genetic loci and proposed new biological pathways involved in the pathogenesis of POP.

Furthermore, recent data have revealed that despite a 24.4% prevalence of POP in the reproductive population and a correlation with parity, the clinical manifestation of the disease is mediated by the interaction of genetic background and environmental factors. Morphological and transcriptomic studies have confirmed that the recurrent course of POP is associated with unique gene expression in fibroblasts and increased fibrotic remodeling. Estrogen and estrogen receptors are known to play an important role in the pathophysiology of pelvic organ prolapse. This study conducted a molecular analysis of the ESR1 gene in patients with newly diagnosed and recurrent pelvic organ prolapse. A key finding is the confirmation of significant genetic determinacy in pelvic organ prolapse, providing predictive value in assessing the risk of developing this condition – particularly recurrent pelvic organ prolapse – comparable to a combination of clinical factors, opening the door to personalized prevention.

The aim of this study was to determine the role of genetic factors in the development and recurrence of pelvic organ prolapse and to evaluate the potential of polygenic risk scores for personalized prevention.

Material and methods. A prospective cohort study of 90 women with pelvic organ prolapse was conducted. All patients were divided into three groups: the main (Group 1) included 30 women who had undergone repeat surgery for recurrent pelvic organ prolapse. Group 1 was also divided into subgroups: Group 1a – recurrent prolapse without urinary incontinence; Group 1b – recurrent prolapse with urinary incontinence. Group 2 consisted of 30 women who underwent surgery to correct newly diagnosed pelvic organ prolapse. The control group (Group 3) included 30 women with a history of two or more vaginal deliveries but no signs of pelvic organ prolapse. All women underwent molecular genetic typing and testing for CHEK2, PMS2, BRCA1, POLE, ESR1, PALB2/CHEK2, and MSH6 gene polymorphisms.

Conclusion. ESR1 gene polymorphism is associated with the development and recurrence of pelvic organ prolapse.

Keywords:recurrent genital prolapse; risk factors; early diagnosis of genital prolapse recurrence; gene mutations

Введение

Пролапс тазовых органов (ПТО) является распространенным урогенитальным заболеванием, поражающим до 50% женщин старше 40 лет [11]. В связи с увеличением продолжительности жизни населения ожидается прирост количества женщин, страдающих ПТО, что станет проблемой глобального масштаба в ближайшие десятилетия [12].

ПТО - это патологическое состояние, при котором один или несколько органов малого таза (матка, мочевой пузырь, толстая и/или тонкая кишка) пролабируют во влагалище или десцендируют (лат. descendere - нисходить, опускаться) за его пределы вследствие ослабления поддерживающих структур тазового дна [13, 14].

При объективном гинекологическом обследовании генитальный пролапс выявляют у каждой второй пациентки, но при этом часто отмечается несвоевременная диагностика состояния и позднее начало лечения ПТО [15-17]. J. Hou и соавт. отметили, что на обращение женщин с симптомами ПТО за медицинской помощью влияют: социально-демографические (высокие расходы на лечение и диагностику), клинические (тяжесть симптомов, влияние ПТО на трудоспособность), психологические (стыд, страх лечения), когнитивные факторы (непонимание проблемы, потеря веры пациенток в возможность улучшения качества жизни), недостатки организации оказания медицинской помощи [18].

В связи с недооценкой распространенности ПТО его называют скрытой эпидемией: частота выявления ПТО варьирует в широком диапазоне - от 3 до 50%, что обусловлено различиями как в методологии исследований, так и в критериях диагностики [19].

Заболеваемость ПТО в ближайшие десятилетия будет расти, а вместе с ней будет увеличиваться количество первичных операций на тазовом дне и общее число рецидивов с необходимостью повторных вмешательств. Так, американские специалисты рассчитали, что число больных ПТО в США к 2050 г. вырастет почти на 70% [20]. Такие тенденции развития ПТО и его рецидивирования будут наблюдаться во всем мире. Таким образом, ПТО уже сегодня является значимой медико-социальной проблемой, поэтому изучение распространенности ПТО, его патогенеза развития, прогнозирование позволят выявлять его на ранних этапах, что может значительно улучшить перспективы управления данной "скрытой эпидемией".

Роль молекулярно-генетического исследования пролапса тазовых органов

Несмотря на множество факторов, которые играют важную роль в развитии ПТО, в настоящее время остается актуальным выявление полиморфизма генов, ассоциированных с ПТО.

Так, в ранее проведенных исследованиях отмечены ключевые генетические находки, которые связаны с риском развития ПТО, - по большей части это полиморфизм генов, ассоциированных с коллагеном, рецепторами эстрогена, фибулина 5 [21-22].

Ген ESR1, включающий 8 экзонов, кодирует белки α-рецептора эстрогена (ESRα). Данный рецептор выступает в качестве места связывания эстрадиола и играет ключевую роль в опосредовании действия эстрогенов в организме человека. Так, α-рецептор эстрогена участвует в таких процессах, как регуляция липидного и углеводного обмена через экспрессию среднецепочечной ацил-КоА-дегидрогеназы, что воздействует на митохондриальное β-окисление жирных кислот. ERα участвует в жизненном цикле митохондрий, контролируя их биогенез, качество и митофагию. Таким образом эстрогены могут модулировать различные аспекты функции митохондрий, включая выработку аденозинтрифосфата, образование активных форм кислорода, антиоксидантную защиту, перекисное окисление липидов. При дефиците эстрогенов или полиморфизме гена ESR нарушение соединительной ткани может реализовываться через прямую связь (нарушение ремоделирования) либо опосредованно - при патологии регуляции воспалительных и регуляторных процессов. Активность ERα может также регулировать выработку и структуру коллагена, его плотность и организацию [21, 23].

Материал и методы

Проведено проспективное когортное исследование 90 женщин с ПТО. Все пациентки были распределены на 3 группы: в основную (1-ю) группу вошли 30 женщин, которые получили повторное оперативное лечение по поводу рецидивирующего ПТО. 2-ю группу составили 30 женщин, которые были прооперированы с целью коррекции впервые выявленного ПТО. В контрольную (3-ю) группу были включены 30 женщин, которые имели в анамнезе 2 естественных родов и более, но без признаков ПТО. Методом секвенирования нового поколения (NGS) были проанализированы следующие гены: ATM, ATR, BARD1, BRCA1, BRCA2, BRIP1, CDH1, CDK12, CHEK1, CHEK2, EPCAM, FANCL, MLH1, MSH2, NBN, NF1, PALB2, PMS2, RAD51B, RAD51C, RAD51D, RAD54, STK11, TP53, KRAS, NRAS, BRAF, EGFR, ERBB2, PIK3CA, METex14, KIT, PDGFRA, POLE, ESR1, EPCAN, IDH1-2, KEAP1, RB1.

Подготовка библиотек для секвенирования осуществлялась с помощью набора реагентов: KAPA HyperChoice (Roche Diagnostic). Секвенирование проводилось на приборе Nextseq 2000 (Illumina). Поиск нуклеотидных вариантов производился с помощью GATK HaplotypeCaller, Strelka2, Dragon и FreeBayes. Консенсусный файл VCF обрабатывался программой SnpSift (глубина чтения более 10) и аннотировался с помощью SnpEff (анализ всех транскриптов), ANNOVAR и Alamut Batch. Перечень баз данных: ExAC/gnomAD, 1000G Catalog of Somatic Mutations in Cancer; My Cancer Genome; Personalized cancer therapy, MD Anderson Cancer Center; cBioPortal; International Cancer Genome Consortium; NCBI Genome RefSeqGene; ClinVar; Human Gene Mutation Database Leiden Open Variation Database OncoKB; VarSom. Статистическая обработка проведена с использованием критерия Колмогорова-Смирнова. Если количественные показатели соответствовали нормальному распределению, то они описывались с помощью средних арифметических величин (M) и стандартных отклонений (SD). Границы доверительного интервала (ДИ) для средних значений составили 95%. Различия считали статистически значимыми при p<0,05.

Результаты

Анализ распределения генотипов и аллелей в гене ESR1 и соответствие равновесию Харди-Вайнберга проводили раздельно по группам. В основной группе и группе контроля наблюдаемое распределение частот аллелей и генотипов по изученным полиморфизмам не отклонялось от ожидаемого (p>0,05).

При анализе распределения частот аллелей генов рецепторов к эстрогену (ESR1: c.729T>C, ESR1: c.975G>C, ESR1: c.352T>C, ESR1: c.478G>T, ESR1: c.885G>A, ESR1: c.805C>T) выявлено статистически значимое преобладание аллеля G гена рецептора эстрогена I типа, локус c.729T>C (p=0,926). Полученные данные отражены в таблице.

Анализ распределения частот генотипов по полиморфным вариантам показал, что генотип ESR1: c.729T>C встречался значительно чаще у пациенток с впервые выявленным ПТО (p=0,0315, отношение шансов 1,011, 95% ДИ 0,943-1,0), чем у пациенток в контрольной группе и рецидивирующим ПТО (см. таблицу).

Обсуждение

По результатам исследования полиморфных вариантов генов рецепторов эстрогенов выявлена возможная ассоциация полиморфных вариантов генов ESR1 (ESR1: c.729T>C, ESR1: c.975G>C, ESR1: c.352T>C, ESR1: c.478G>T, ESR1: c.885G>A) c риском развития ПТО. У пациенток с впервые выявленным и рецидивирующим ПТО чаще регистрировались генотипы, содержащие аллель Т и G полиморфного маркера ESR1: c.729T>C, c.975G>C. Кроме того, у пациенток с рецидивирующим ПТО выявлены генотипы, содержащие аллель Т и G полиморфного маркера ESR1: c.352T>C, c.478G>T, c.885G>A.

Эстрогены играют важную роль в обмене коллагена и метаболизме соединительной ткани у женщин. Снижение эстрогенового компонента приводит к ухудшению структуры и снижению содержания коллагена в соединительнотканных структурах. Дезорганизация в этих тканях происходит при дефиците эстрогенов, полиморфизме гена ESR, что может реализовываться через прямую связь (нарушение ремоделирования) либо опосредованно - при патологии регуляции воспалительных и регуляторных процессов.

Активность ERα может регулировать выработку и структуру коллагена, в то время как плотность и организация коллагена, в свою очередь, могут модулировать передачу сигналов рецепторов эстрогена. Отсутствие ERβ нарушает баланс между синтезом и деградацией коллагеновых волокон, что приводит к снижению их общего содержания [21, 23]. Коллаген V типа выступает в роли центрального ядра при образовании коллагенового волокна I типа. Нарушение этого процесса может быть также связано с дефицитом ERβ, что приводит к дезорганизации соединительной ткани [24].

Заключение

Гены эстрогеновых рецепторов играют важную роль в формировании структуры и функции соединительной ткани тазового дна. Нарушения в экспрессии или полиморфизм этих генов могут приводить к ослаблению поддерживающих структур, что может приводить к развитию ПТО и последующему рецидивированию. Результаты исследования показывают, что аллели гена ESR1 (c.729T>C, ESR1: c.975G>C, ESR1: c.352T>C, ESR1: c.478G>T, ESR1: c.885G>A) могут быть связаны с риском развития ПТО. Полученные результаты демонстрируют определенные генетические закономерности, выявленные у пациенток с ПТО. Однако для верификации таких ассоциаций требуется проведение масштабных исследований с расширенной выборкой пациентов. Результаты данной работы подтверждают полиэтиологический характер ПТО и отражают необходимость дальнейшего изучения генетических детерминант, что позволит прогнозировать риск развития ПТО, его рецидивирования и разработать персонализированный подход к профилактике и лечению у женщин репродуктивного возраста.

All articles in our journal are distributed under the CC BY-NC-ND 4.0 (Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International)