Din cauza unui numar mare de macro-molecule specifice tisulare prezente in tesuturile conjunctive, un numar mare de sisteme de gene ale proteinelor sunt candidate pentru mutatii care ar putea determina boala. Totusi, situatia poate sa fie mai simpla decat cea considerata initial pentru ca cele mai multe forme de boli sunt determinate de mutatii in genele pentru colagen sau ale proteinelor asociate colagenului. De aceea, mecanismele moleculare prin care aceste mutatii determina efectele lor nocive pot fi asociate cu o singura paradigma. Totusi, acondroplazia este determinata de mutatii in receptorul factorului de crestere fibroblastic si mutatii in genele implicate in modelul embriogenic cum ar fi genele lojei homeo, care pot cauza anomalii ale sistemului osos. De aceea, numarul de gene mutante care pot determina boli ale tesutului conjunctiv este, cel mai probabil, in crestere.
Cele mai complete date despre mutatiile care determina boli ereditare ale tesutului conjunctiv sunt disponibile pentru OL Cei mai multi din pacientii cu OI severa (tip II si III) au mutatii fie in gena pentru lantul proa 1 (I), fie in gena pentru lantul proa2 (I) ale tipului I de procolagen (genele COLI Al si COL1A2). La pacientii cu boala usoara, unele mutatii scad expresia proteinei intr-una din alelele genelor. Cele mai multe mutatii la pacientii cu OI severa determina sinteza de lant proa structural anormal, dar partial functional (urile 348-2 si 348-3). Mutatiile care determina sinteza de lanturi proa anormale structural includ deletia genica partiala, duplicarea genica partiala si mutatiile de imbinare ale ARN-ului. Totusi, cele mai frecvente mutatii sunt mutatiile de baza unica, ce substituie aminoacizii cu lanturi laterale voluminoase pentru reziduurile glicinice ce apar la fiecare al treilea aminoacid in domeniul triplu spiralat al lantului proa (ura 348-4). Lanturile proa anormale structural exercita efectele lor prin unul din cele trei mecanisme moleculare ( ura 348-2). Primul, prezenta unui lant proa anormal intr-o molecula de procolagen ce contine doua lanturi proa normale poate preveni inlaturarea proteinei intr-o conformatie triplu spiralata si conduce la degradarea intregii molecule intr-un proces denumit sinuciderea procolagenului. Mutatii dominante negative similare sunt observate in alte proteine multisubunitare. Rezultatul clar al sinuciderii procolagenului este o reducere marcata in cantitatea de colagen necesara pentru asamblarea fibrilelor. Al doilea, prezenta unui lant proa anormal intr-o molecula de procolagen poate interfera cu sciziunea N-propeptidei din proteina de catre procolagen N-proteinaza. Persistenta N-propeptidei intr-o fractiune de molecule interfera cu autoasamblarea colagenului normal sintetizat, astfel incat sunt formate fibrile de colagen subtiri si neregulate. Al treilea, substitutia unui aminoacid voluminos de catre glicina poate produce o schimbare in conformatia moleculei si poate determina asamblarea fibrilelor de colagen anormal ramificate ( ura 348-3) sau anormal de scurte si groase. De asemenea, copolimerizarea colagenului mutant cu colagenul normal poate incetini asamblarea fibrilei si diminua cantitatea totala de colagen incorporata in fibrile. Exista cateva motive pentru care genele procolagenului tip I gazduiesc cele mai multe din mutatiile care determina OL Unu, deoarece
fibrele de colagen sunt sursa principala a fortei osului, structura este slabita de orice mutatie ce reduce cantitatea sau deformeaza geometria normala a colagenului. Autoasamblarea fibrilelor de colagen este usor alterata de catre o subunitate defectuoasa care poate sa participe in procesul asamblarii, dar care are o structura anormala. De exemplu, substitutia unui aminoacid voluminos cu o singura glicina intr-un lant proa poate interfera cu formarea asemanatoare unui fermoar a triplei spirale, ce activeaza degradarea ambelor lanturi proa normale si anormale. intr-o maniera similara, prezenta catorva monomeri de colagen incomplet procesati sau deteriorati poate interfera cu autoasamblarea colagenului normal din fibre. De aici inainte, oricare mutatie dintr-un numar larg de pozitii diferite poate scadea cantitatea de colagen necesara pentru asamblarea fibrilei sau poate interfera cu procesul de asamblare al fibrilei astfel incat sa scada marcat forta osului sau a altor tesuturi conjunctive.
Peste 150 de mutatii in cele doua gene pentru tipul I de procolagen au fost gasite la pacientii cu OI ( ura 348-4). Initial, se considera ca multe din mutatii ar trebui sa fie variatii neutre in structura genei si nu cauza fenotipurilor bolii. Totusi, relatia cauzala dintre cele mai multe mutatii si boala a fost demonstrata in prezent prin cateva do. (1) Studiile linkajului ADN la familiile cu variante usoare de OI au demonstrat ca alelele mutante specifice se comostenesc cu fenotipurile bolii. (2) Subiectii cu variante letale de OI au prezentat mutatii noi, neidentificate la parintii lor normali sau macar in cateva celule ale unui parinte mozaic ( mai jos). (3) Studiile pe fibroblasti cultivati din piele de la o serie de pacienti au demonstrat ca mutatiile produc fie alterari in biosinteza de procolagen tip I, fie determina sinteza de procolagen tip I care genereaza fibrile de colagen anormal ( ura 348-2). (4) Mutatiile la subiectii cu OI nu au fost gasite intr-un numar de alele normale din gene. (5) Expresia catorva dintre genele mutante pentru procolagen tip I la soarecii transgenici genereaza fenotipuri ale bolii similare in mod esential cu fenotipurile observate la pacientii care mostenesc genele mutante (ura 348-5).
Datele prind mutatiile in tipul I de procolagen care determina OI au fost folosite ca o paradigma pentru determinarea mutatiilor in alte gene ale procolagenului si colagenului care determina alte boli ereditare ale tesutului conjunctiv. De exemplu, mutatii similare in gena pentru tipul III de procolagen apar la pacientii cu tipul IV de SED, care determina moartea timpurie din cauza rupturii aortei sau altor organe catare (Fig. 348-6). De asemenea, mutatii similare in gena pentru tipul II de procolagen (COL2A1) au fost gasite la aproximativ jumatate din pacientii cu CD (ura 348-7). In plus, soarecii transgenici ce exprima genele mutante pentru tipul II de procolagen dezvolta fenotipuri asemanatoare catorva CD. Mutatii similare in gena pentru tipul VII de colagen (COL7A1) au fost gasite la pacientii cu forma distrofica de EB si mutatii similare in genele pentru tipul IV de colagen au fost gasite la multi pacienti cu SA. Cum s-a discutat mai sus, paradigma s-a dezvoltat pentru a defini consecintele mutatiilor in genele procolagenului si ajuta la explicarea constatarii mutatiilor in gena fibrilinei care determina SM si a mutatiilor in genele keratinei care determina varianta simpla deEB.
Cateva tendinte generale sunt clare. Una ar fi ca pacientii neinruditi rar au aceeasi mutatie in aceeasi gena. Alta, ca mutatiile ce produc cea mai severa boala sunt in mare parte mutatii noi intr-o alela, care apar fie in timpul generarii liniei germinale a unuia din parinti, fie in timpul meiozei in oul fecundat. Cele mai multe dintre variantele mai usoare sunt determinate de mutatii care sunt specifice unei familii date. Nu exista de fapt mutatii comune responsabile pentru bolile la pacientii neinruditi si nici "puncte fierbinti\" care contin cele mai multe din mutatii.
O alta tendinta generala este aceea ca mutatii similare in aceeasi gena pot produce sindroame diferite atat ca severitate, cat si ca tesuturi majore implicate. Un motiv pentru heterogenitate in manifestarile patologice este ca regiuni diferite ale unei molecule mari pot fi mai importante pentru functionarea sa in unele tesuturi conjunctive decat in altele. De exemplu, unele regiuni ale moleculei de colagen tip I pot fi esentiale pentru legarea proteinelor mineralizatoare in os si, deci, mutatii in aceste regiuni determina oase fragile, dar nu altereaza functia in piele sau alte tesuturi nemineralizate. Totusi, este mult mai dificil sa se explice cum aceeasi mutatie poate produce un fenotip sever la unii membri ai familiei si un fenotip usor la alti membri ai aceleiasi familii. Astfel de variatii fenotipice par a fi, in mod particular, impresionante in OI, in care unii subiecti sunt scunzi si fac fracturi multiple la traumatisme minore, in timp ce altii, din aceeasi familie, au statura normala si nu fac fracturi. In trecut, astfel de variatii fenotipice erau explicate prin variatiile nedefinite in fundalul genetic al diferitilor membrii ai familiei. Totusi, studiile pe soarecii transgenici au demonstrat o variatie fenotipica similara cu expresia genei mutante de colagen intr-o susa de soareci la care fundalul genetic este uniform. De aceea, variatia fenotipica este probabil determinata de evenimente nedefinite, intamplatoare in timpul dezvoltarii embrionare sau fetale. Din fericire, variatia fenotipica dramatica este relativ rara in OI si bolile asociate, dar este important sa fie avuta in vedere in consilierea familiilor prind consecintele mutatiilor ereditare.
