Ген SLC19A1
Ген SLC19A1 (Solute Carrier Family 19 Member 1) - Кодирует белок RFC1 (редуцированный фолатный носитель 1), который является мембранным транспортером, который играет ключевую роль в транспорте фолатов и их аналогов, таких как метотрексат, в клетки.
Локализация:
- Ген SLC19A1 расположен на хромосоме 21 человека (21q22.3). (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2956130/)
Функция:
- Он обеспечивает двунаправленный транспорт 5-метилтетрагидрофолата (основной формы фолата в крови), тиаминмонофосфата и антифолатных химиотерапевтических препаратов, таких как метотрексат (MTX), в клетки. (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2956130/)[](https://www.genecards.org/cgi-bin/carddisp.pl?gene=SLC19A1)
Экспрессия:
- Ген широко экспрессируется во всех тканях организма, включая плаценту, печень, почки, костный мозг и кишечник, что подчеркивает его универсальную роль в метаболизме фолатов. (https://www.sciencedirect.com/topics/biochemistry-genetics-and-molecular-biology/slc19a1) (https://www.mygenefood.com/genes/gastrointestinal-genes/slc19a1/)
Структура белка:
- RFC1 - это интегральный мембранный белок с 12 трансмембранными доменами, который функционирует как антипортер, обменивая фолаты или циклические динуклеотиды на органические анионы. (https://www.genecards.org/cgi-bin/carddisp.pl?gene=SLC19A1)
1. Биологическая роль SLC19A1
SLC19A1 играет критически важную роль в следующих процессах:
1. Транспорт фолатов:
- Фолаты необходимы для синтеза ДНК, деления клеток и метилирования субстратов, что особенно важно в периоды быстрого деления клеток (например, во время беременности или в младенчестве). (https://www.mygenefood.com/genes/gastrointestinal-genes/slc19a1/)
- RFC1 обеспечивает доставку 5-метилтетрагидрофолата в клетки, поддерживая гомеостаз фолатов.
- При дефиците фолатов экспрессия SLC19A1 может снижаться, что ухудшает транспорт. (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2956130/)
2. Транспорт антифолатов:
- SLC19A1 активно транспортирует антифолатные препараты, такие как метотрексат, используемый в химиотерапии при лечении рака (например, острого лимфобластного лейкоза) и аутоиммунных заболеваний. (https://www.sciencedirect.com/topics/biochemistry-genetics-and-molecular-biology/slc19a1)
- Мутации или полиморфизмы в SLC19A1 могут приводить к резистентности к метотрексату, что снижает эффективность лечения. (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2956130/)
3. Транспорт циклических динуклеотидов:
- SLC19A1 участвует в транспорте циклических динуклеотидов (CDN), таких как 2′3′-cyclic-GMP-AMP, которые активируют противовирусные пути, такие как путь STING (Stimulator of Interferon Genes), что делает SLC19A1 потенциальной мишенью для иммунотерапии рака. (https://www.genecards.org/cgi-bin/carddisp.pl?gene=SLC19A1)(https://www.frontiersin.org/journals/immunology/articles/10.3389/fimmu.2022.843369/full)
4. Роль в гомеостазе:
- SLC19A1 участвует в регуляции внутриклеточных концентраций фолатов, что влияет на метаболизм гомоцистеина.
- Повышенные уровни гомоцистеина, связанные с дисфункцией SLC19A1, могут увеличивать риск сердечно-сосудистых заболеваний и врожденных пороков. (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/26959650/) (https://www.mygenefood.com/genes/gastrointestinal-genes/slc19a1/)
2. Структура и регуляция гена
Генетическая структура:
- Ген SLC19A1 содержит несколько альтернативных промоторов (не менее шести), что приводит к образованию 15 различных 5'-нетранслируемых регионов (UTR), но с общей открытой рамкой считывания. (https://www.sciencedirect.com/topics/biochemistry-genetics-and-molecular-biology/slc19a1)
- Промотор B, по-видимому, отвечает за транскрипцию основного варианта сплайсинга, экспрессируемого в кишечнике. (https://www.sciencedirect.com/topics/biochemistry-genetics-and-molecular-biology/slc19a1).
Регуляция экспрессии:
- Транскрипция SLC19A1 регулируется как универсальными факторами (SP, USF), так и тканеспецифическими (AP1, C/EBP). (https://www.sciencedirect.com/topics/biochemistry-genetics-and-molecular-biology/slc19a1)
- Метилирование ДНК и структура хроматина могут влиять на активность промоторов SLC19A1. (https://www.sciencedirect.com/topics/biochemistry-genetics-and-molecular-biology/slc19a1)
Полиморфизмы:
- Наиболее изученный полиморфизм - G80A (Arg27His), который влияет на транспорт фолатов и метотрексата.
- Аллель A ассоциирован с повышенной токсичностью метотрексата, но лучшим ответом на лечение. (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2956130/) (https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC2956130/)
- Другие полиморфизмы, такие как -43T>C и 696C>T, связаны с риском рецидивирующих выкидышей. (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/26959650/)
3. Клиническая значимость
SLC19A1 ассоциирован с рядом патологических состояний и играет важную роль в фармакогеномике:
1. Врожденные пороки:
- Полиморфизм G80A увеличивает риск спина бифида, врожденных пороков сердца (ВПС) и расщелины губы/нёба у младенцев, особенно при отсутствии фолатной суплементации у матерей. (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2956130/) (https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC2956130/)
- У младенцев с генотипами GG или GA риск ВПС выше (OR=4.03 и 4.14 соответственно) при отсутствии фолатной поддержки. (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2956130/)
2. Рецидивирующие выкидыши:
- Полиморфизмы -43T>C, 80G>A и 696C>T связаны с повышенным риском идиопатических рецидивирующих выкидышей у женщин.
- Гаплотипы, такие как -43C/80G/696C, увеличивают этот риск. (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/26959650/)
3. Онкологические заболевания:
- Высокая экспрессия SLC19A1 коррелирует с плохим прогнозом при остеосаркоме и множественной миеломе.
- SLC19A1 рассматривается как потенциальный биомаркер для диагностики и прогнозирования этих заболеваний. (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33180421/) (https://www.frontiersin.org/journals/immunology/articles/10.3389/fimmu.2022.843369/full)
- В остром лимфобластном лейкозе (ОЛЛ) полиморфизм G80A связан с повышенным риском рецидива и токсичности метотрексата. (https://www.sciencedirect.com/topics/biochemistry-genetics-and-molecular-biology/slc19a1) (https://sciendo.com/article/10.1515/raon-2017-0040)
4. Неврологические расстройства:
- Вариант G80A ассоциирован с повышенным риском болезни Альцгеймера, вероятно, из-за нарушения метаболизма фолатов и накопления гомоцистеина. (https://www.sciencedirect.com/topics/biochemistry-genetics-and-molecular-biology/slc19a1)
- Мутации в SLC19A1 могут приводить к фолат-зависимой мегалобластной анемии, как описано в случае с гомозиготной мутацией p.Phe212del, вызывающей рецидивирующую анемию. (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7330012/)
5. Фармакогеномика:
- Полиморфизмы SLC19A1 влияют на эффективность и токсичность метотрексата.
- Генотип rs2838958 TT увеличивает вероятность развития мукозита при высокодозной терапии метотрексатом у детей с ОЛЛ. (https://sciendo.com/article/10.1515/raon-2017-0040)
- Гаплотип TGTTCCG (H4) снижает риск побочных эффектов при лечении метотрексатом. (https://sciendo.com/article/10.1515/raon-2017-0040)
4. Исследования и экспериментальные данные
1. Мутации и резистентность:
- В клеточных линиях мышей (L1210) мутации I48F и W105G в SLC19A1 приводят к резистентности к антифолатам за счет изменения кинетики транспорта фолатов. (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2956130/)
- У человека мутация p.Phe212del снижает способность RFC1 транспортировать 5-метилтетрагидрофолат, что вызывает фолат-зависимую мегалобластную анемию. (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7330012/)
2. Крио-ЭМ исследования:
- Структурные исследования с помощью криоэлектронной микроскопии (крио-ЭМ) показали, что SLC19A1 захватывает лиганды (фолаты и циклические динуклеотиды) в узком централизованном канале, что открытие способствует разработке новых антифолатных препаратов с низкой аффинностью к SLC19A1 и высокой к SLC46A1, что снижает токсичность для нормальных тканей. (https://www.sciencedirect.com/topics/biochemistry-genetics-and-molecular-biology/slc19a1) (https://www.sciencedirect.com/topics/agricultural-and-biological-sciences/slc19a1)
3. Модели на животных:
- У мышей с нокаутом Slc19a1 наблюдается эмбриональная летальность до 9.5 дня развития из-за нарушений в гематопоэзе.
- Частичное спасение возможно при суплементации фолиевой кислотой, но новорожденные мыши умирают в течение 12 дней. (https://www.informatics.jax.org/marker/MGI:103182) (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7330012/)
- Материнская суплементация фолиновой кислотой отсрочивает летальность, но не предотвращает ее полностью. (https://www.sciencedirect.com/topics/biochemistry-genetics-and-molecular-biology/slc19a1)
4. Биоинформатический анализ:
- Анализ данных из базы Gene Expression Omnibus (GEO) показал, что высокая экспрессия SLC19A1 в клетках остеосаркомы коррелирует с плохим общим выживанием (HR=8.03). (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33180421/)
- В множественной миеломе SLC19A1, связанный с гипоксией и иммунным статусом, является прогностическим маркером. (https://www.frontiersin.org/journals/immunology/articles/10.3389/fimmu.2022.843369/full)
5. Фармакогеномические исследования:
- Мета-анализ подтвердил связь полиморфизма G80A с токсичностью метотрексата у детей с ОЛЛ. (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/20811316/)
- Исследования показали, что дозировка метотрексата, основанная на генотипе SLC19A1, может улучшить результаты лечения. (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2956130/)
6. Связанные с SLC19A1 материалы и ресурсы
1. Базы данных:
GeneCards:
- Полная информация о гене SLC19A1, включая функции, белки, связанные заболевания и пути метаболизма. (https://www.genecards.org/cgi-bin/carddisp.pl?gene=SLC19A1)
NCBI Gene:
- Подробные данные о гене, его локализации и функциях. (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/?term=6573)
The Human Protein Atlas:
- Информация об экспрессии белка SLC19A1 в различных тканях. (https://www.proteinatlas.org/ENSG00000173638-SLC19A1)
PubMed:
- Множество статей о роли SLC19A1 в онкологии, фармакогеномике и врожденных пороках. (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/20811316/) (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33180421/) (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/26959650/)
2. Инструменты для исследований:
CRISPR/Cas9:
- Доступны векторы и вирусы для нокаута или нокина SLC19A1 (например, от Applied Biological Materials и VectorBuilder). (https://www.genecards.org/cgi-bin/carddisp.pl?gene=SLC19A1)
Антитела:
- Антитела против SLC19A1 для исследований доступны от Santa Cruz Biotechnology и Boster Bio. (https://www.genecards.org/cgi-bin/carddisp.pl?gene=SLC19A1)
3. Научные статьи:
- Wright NJ et al. (2022) в журнале Nature описали механизм распознавания метотрексата SLC19A1 с использованием крио-ЭМ. (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/20811316/)
- Zobeck M et al. (2023) в Pharmacotherapy исследовали генетические факторы токсичности метотрексата при ОЛЛ. (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/20811316/)
- Li W et al. (2022) в Frontiers in Immunology показали прогностическую роль SLC19A1 в множественной миеломе. (https://www.frontiersin.org/journals/immunology/articles/10.3389/fimmu.2022.843369/full)
- He HR et al. (2014) в Leukemia & Lymphoma провели мета-анализ связи G80A с токсичностью метотрексата. (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/20811316/)
4. Клинические исследования:
- Исследования фармакогеномики SLC19A1 для персонализации терапии метотрексатом. (https://sciendo.com/article/10.1515/raon-2017-0040) (http://www.cancerindex.org/geneweb/SLC19A1.htm)
- Анализ роли SLC19A1 в рецидивирующих выкидышах в иранской популяции. (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/26959650/)
7. Перспективы и будущие исследования
1. Разработка новых антифолатов:
- Исследования направлены на создание антифолатов с низкой аффинностью к SLC19A1 и высокой к SLC46A1 для минимизации токсичности для нормальных тканей. (https://www.sciencedirect.com/topics/biochemistry-genetics-and-molecular-biology/slc19a1)
2. Иммунотерапия:
- Роль SLC19A1 в транспорте циклических динуклеотидов открывает перспективы для иммунотерапии рака, особенно в активации STING-путей. (https://www.frontiersin.org/journals/immunology/articles/10.3389/fimmu.2022.843369/full)
3. Персонализированная медицина:
- Генотипирование SLC19A1 может улучшить дозировку метотрексата, снижая токсичность и повышая эффективность лечения.
- Необходимы крупные проспективные исследования для подтверждения этих данных. (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2956130/) (https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC2956130/)
4. Изучение редких мутаций:
- Редкие несинонимичные варианты SLC19A1 (MAF ≤1%) требуют дальнейшего изучения для оценки их клинического значения. (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2956130/)
Заключение
Ген SLC19A1 - является ключевым регулятором метаболизма фолатов и транспорта антифолатов, влияя на широкий спектр физиологических и патологических процессов, от эмбрионального развития до онкологических заболеваний.
Полиморфизмы и мутации гена SLC19A1 связаны с врожденными пороками, рецидивирующими выкидышами, резистентностью к химиотерапии и неврологическими расстройствами.
Современные исследования, включая крио-ЭМ и фармакогеномику, открывают новые возможности для персонализированной медицины и разработки таргетных терапий.