Molecular Genetics, Function & Therapy Department

Προσφερόμενη Υπηρεσία γενετικής ανάλυσης του γονιδίου MKRN3 
σε κορίτσια και αγόρια με Αληθή Πρώιμη Εφηβεία

Δρ Βάσος Νεοκλέους, PhD 

Scientist - Μοριακός Γενετιστής
Τμήμα Μοριακής Γενετικής, Λειτουργίας & Θεραπείας, Ινστιτούτο Νευρολογίας & Γενετικής, Λευκωσία, Κύπρος 

Η μέση ηλικία που ξεκινά η εφηβεία είναι τα 10 χρόνια για τα κορίτσια και τα 11 χρόνια για τα αγόρια. Η περίοδος της εφηβείας χαρακτηρίζεται από την εμφάνιση των δευτερευόντων χαρακτήρων του φύλου και σηματοδοτείται από την ενεργοποίηση του άξονα Υποθάλαμος – Υπόφυση – Γονάδες ως αποτέλεσμα της ωρίμανσης των GnRH νευρώνων στον Υποθάλαμο. Το τελικό σήμα για την ενεργοποίηση του άξονα καθορίζεται από αλληλοεπηρεαζόμενους ευοδωτικούς και ανασταλτικούς παράγοντες οι πλείστοι των οποίων έχουν γενετικό υπόβαθρο.  

Η εμφάνιση σημείων ενήβωσης πριν από την ηλικία των εννέα χρόνων για τα αγόρια και οκτώ χρόνων ετών για τα κορίτσια αποτελεί τον ορισμό της πρώιμης εφηβείας, η οποία  διαχωρίζεται σε Κεντρική και Περιφερική. Η Κεντρική ή Αληθής Πρώιμη Εφηβεία (ΑΠΕ) εμφανίζεται πιο συχνά στα κορίτσια και οφείλεται σε πρόωρη ενεργοποίηση του άξονα, ενώ η  Περιφερική Πρώιμη Εφηβεία (ΠΠΕ), οφείλεται σε αυτόνομη παραγωγή στεροειδών του φύλου από τις γονάδες συνήθως ή τα επινεφρίδια.  

Η πρόσφατη ανακάλυψη ότι η πρώιμη ενεργοποίηση των GnRH νευρώνων στην ΑΠΕ ενδέχεται να είναι το αποτέλεσμα από gain-of-function μεταλλάξεις των γονιδίων kisspeptin-1 (KISS1) και του υποδοχέα της KISS1R ή ένεκα loss-of-function μεταλλάξεις του γονιδίου MKRN3 που έχει ως αποτέλεσμα την ανεπάρκεια της πρωτεΐνης MKRN3, κίνησε την περιέργεια της επιστημονικής κοινότητας που ασχολείται με το αντικείμενο να διερευνήσει περεταίρω την εμπλοκή των συγκεκριμένων γονιδίων1. Πιο αναλυτικά εάν η KISS1 και ο υποδοχέας της αποτελούν το σύστημα επιτάχυνσης, η πρωτεΐνη που παράγεται από το γονίδιο MKRN3 φαίνεται να δρα σαν φρένο. Ο ρόλος αυτός άρχισε να γίνεται ξεκάθαρος με τη μελέτη της ομάδας της δρ Ursula Kaiser στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ όπου καταγράφηκαν οι εκφράσεις MKRN3 σε εγκεφάλους ποντικών από την 10η έως την 60ή ημέρα της ζωής, που αντιστοιχεί στην περίοδο από την παιδική ηλικία μέχρι την ενηλικίωση σε ανθρώπους. Την 20η ημέρα, κατά την έναρξη της εφηβείας, η γονιδιακή έκφραση έπεσε στο 5% του αρχικού επιπέδου και αυτά τα δεδομένα υποστηρίζουν την ιδέα ότι η πρωτεΐνη που παράγεται από υγιή MKRN3 γονίδια λειτουργεί ως ένα προσωρινό μπλοκ στην εφηβεία. Πρόσφατα το Τμήμα Μοριακής Γενετικής, Λειτουργίας & Θεραπείας στο ΙΝΓΚ συνέβαλε μαζί με άλλες ερευνητικές ομάδες ανά τον κόσμο σε σειρά πρωτότυπων δημοσιεύσεων για τον εντοπισμό νέων αλλαγών στο γονίδιο της MKRN3 σε οικογενειακές και μεμονωμένες περιπτώσεις πρώιμης εφηβείας2,3. Η ανάλυση των οικογενειακών περιπτώσεων αποκάλυψε ένα ασυνήθιστο πρότυπο κληρονομικότητας και έκφρασης αυτών των αλλαγών στο γονίδιο της MKRN3. Πιο αναλυτικά αυτό που συμβαίνει αφορά το γεγονός ότι μόνο ένα τροποποιημένο αντίγραφο του γονιδίου είναι αρκετό για να επιταχύνει την έναρξη της εφηβείας και αυτό το αντίγραφο πρέπει να προέρχεται από τον πατέρα. Ταυτοχρόνως τα αντίγραφα μητρικής προέλευσης χωρίς τη μετάλλαξη καθίστανται ανερνεργά και σιωπούνται με επιγενετικούς μηχανισμούς.

Μέρος αυτής της προσπάθειας εντοπισμού της γενετικής αιτιολογίας κατέστη και ερευνητικό πρωτόκολλο που αναπτύχθηκε από την ερευνητική μας ομάδα και το οποίο πρόσφατα έχει μετεξελιχτεί και σαν προσφερόμενη υπηρεσία από το Τμήμα Μοριακής Γενετικής, Λειτουργίας & Θεραπείας του Ινστιτούτου Νευρολογίας & Γενετικής2,3. Η έρευνα αφορούσε την ταυτοποίηση γενετικών ανωμαλιών στα γονίδια KISS1, KISS1R και MKRN3 σε αριθμό κοριτσιών, τα οποία πληρούσαν τα κλινικά και εργαστηριακά ευρήματα της ΑΠΕ. Σε σύνολο 90 ελεγμένων περιστατικών από σειρά οικογενειών με κλινικά χαρακτηριστικά εντοπίστηκαν μεταλλάξεις σε ~14% των περιστατικών. Οι μεταλλαγές κατά πλειοψηφία αφορούσαν νέες μεταλλάξεις στο γονίδιο MKRN3. Οι συγκεκριμένες MKRN3 μεταλλάξεις ανήκουν στην κατηγορία των αποτυπωμένων μεταλλάξεων και αναγνωρίζονται συνήθως και στον υγιή πατέρα των παιδιών που τις φέρουν. Η αρχική in silico ανάλυση των παρανοηματικών νέων μεταλλάξεων έγινε με τη χρήση διάφορων μηχανιστικών προγραμμάτων αλγορίθμων και τα οποία προσδιορίζουν τη λειτουργία τους ως παθολογικά για τη δημιουργία ΑΠΕ. Με τη χρησιμοποίηση του πιο εξελιγμένου προγράμματος αλγορίθμων STRIDE και PyMOL molecular graphics system κατασκευάστηκαν επίσης σχηματικά διαγράμματα της δευτεροταγούς μεταλλαγμένης πρωτεϊνικής δομής της makorin RING-finger protein 3 (MKRN3) ως πρωτεϊνικά μοντέλα που επίσης επεξηγούν την παθολογική λειτουργία και την εμφάνιση ΑΠΕ2.
Συμπερασματικά η εισαγωγή από μέρους του εργαστηρίου μας του γενετικού τεστ που αφορά την ταυτοποίηση γενετικών ανωμαλιών στο γονίδιο της MKRN3 καθίσταται ως ένα ακόμη εργαλείο στα χέρια παιδίατρων, παιδοενδοκρινολόγων, ενδοκρινολόγων και γενικά λειτουργών υγείας που ασχολούνται με την έγκαιρη διάγνωση και θεραπεία της ΑΠΕ. Στόχος της θεραπείας της ΑΠΕ είναι να σταματήσει και ενδεχομένως να αναστρέψει τα συμπτώματα. Η θεραπεία εξατομικεύεται με δεδομένο τον τύπο της πρώιμης εφηβείας, αλλά και από την αιτία, εφόσον είναι γνωστή. Στις εξελιγμένες ορμονικές θεραπείες χρησιμοποιείται με επιτυχία η συνθετική ωχρινοτρόπος ορμόνη LHRH. Η συνθετική αυτή ορμόνη σταματά τη διαδικασία της σεξουαλικής ωρίμανσης που προκαλεί η πρώιμη εφηβεία, εμποδίζοντας την υπόφυση, έναν μικρό αδένα στη βάση του κεφαλιού να απελευθερώνει γοναδοτροπίνες.
To συνθετικό  ανάλογο της ορμόνης LHRH στην ουσία ‘’ξεγελά’’ τον οργανισμό και τον ωθεί με την διακοπή της πρόωρης έναρξης της εφηβείας. Η συγκεκριμένη θεραπεία είναι ανώδυνη και χωρίς μακροχρόνιες παρενέργειες, οι επιδράσεις της οποίας παραμένουν για όσο διάστημα χορηγείται το φάρμακο.
Χωρίς θεραπεία αναστολής της ΑΠΕ, το τελικό ανάστημα είναι συνήθως σημαντικά χαμηλότερο από το γενετικά προκαθορισμένο τελικό ύψος και προλαβαίνει τις μακροχρόνιες συνέπειες στο ανάστημα και την ψυχοσυναισθηματική σφαίρα.  

Βιβλιογραφικές αναφορές
1. Central precocious puberty caused by mutations in the imprinted gene MKRN3. Abreu AP, Dauber A, Macedo DB, Noel SD, Brito VN, Gill JC, Cukier P, Thompson IR, Navarro  VM, Gagliardi PC, Rodrigues T, Kochi C, Longui CA, Beckers D, de Zegher F, Montenegro LR, Mendonca BB, Carroll RS, Hirschhorn JN, Latronico AC, Kaiser UB. N Engl J Med. 2013. doi: 10.1056/NEJMoa1302160.

2. In silico analysis of a novel MKRN3 missense mutation in familial central precocious puberty. Neocleous V, Shammas C, Phelan MM, Nicolaou S, Phylactou LA, Skordis N. Clin Endocrinol (Oxf). 2016. doi: 10.1111/cen.12854.

3. A novel MKRN3 nonsense mutation causing familial central precocious puberty. Christoforidis A, Skordis N, Fanis P, Dimitriadou M, Sevastidou M, Phelan MM, Neocleous V, Phylactou LA. Endocrine. 2017 doi: 10.1007/s12020-017-1232-6.

Εικόνα 1. Η εφηβεία είναι μια πολύπλοκη βιολογική διαδικασία που περιλαμβάνει τη σεξουαλική ωρίμανση και την επιτάχυνση της ανάπτυξης. Αυτές οι διεργασίες αρχίζουν συνήθως όταν αρχίζει η παλμική έκκριση της ορμόνης απελευθέρωσης γοναδοτροπίνης (GnRH) από τον υποθάλαμο. Η έγκαιρη ενεργοποίηση του άξονα υποθαλάμου-υπόφυσης-γονάδας έχει ως αποτέλεσμα την κεντρική η Αληθή Πρώιμη Εφηβεία (ΑΠΕ) πριν από την ηλικία των 8 ετών στα κορίτσια και 9 ετών στα αγόρια. Οι μεταλλάξεις στο γονίδιο MKRN3 έχουν αποδειχθεί ότι αποτελούν τη συχνότερη αιτία της οικογενειακής ΑΠΕ.