Analysis of pathological changes in collagen genes in children with retinopathy of premature

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

BACKGROUND: Collagen is the most ubiquitous protein in the human body; it is involved in maintaining the structure of various tissues, including the eye. Mutations or changes in the expression of genes encoding collagen or the related genes may hinder normal development of tissues and cause structural and functional abnormalities in the retinal extracellular matrix that are typical of retinopathy of prematurity and other proliferative retinal diseases.

AIM: To examine changes in the expression of collagen-encoding genes and genes involved in their interactome and to analyze the effect of the identified molecular disorders on the disease severity.

METHODS: It was an observational, multicenter, prospective, parallel-group study. Inclusion criteria: children born before week 32 of gestation or with a birth weigh of <1800 g. Additional inclusion criteria for the study group and control group: a confirmed diagnosis of active stage 3 to 4b retinopathy of prematurity or its absence, respectively. Venous blood samples were obtained from all patients. Genomic DNA was isolated and whole genome sequencing was performed. Changes in the expression of collagen genes and the related genes, as well as their effect on the disease severity, were analyzed.

RESULTS: The study group comprised 35 children diagnosed with active stage 3 to 4b retinopathy of prematurity. The control group included 30 preterm children without signs of retinopathy. A total of 115 genes were analyzed, and for 50 of them a statistically significant change in expression was found in the study group vs the control group. Particularly, mutations in COL1A1 and COL2A1 are associated with severe retinopathy of prematurity (p < 0.01). The most frequent variant of single-nucleotide polymorphism of the COL1A1 gene was rs1800012, demonstrating correlation with the severity of retinopathy of prematurity (p < 0.005). Logistic regression identified an association between the genetic variants and the clinical outcomes of the disease. Mutations in COL1A1 and COL2A1 are associated with a high risk of retinal detachment and poor prognosis for vision, with an odds ratio of 4.5 (95% confidence interval: 2.1 to 9.4), p < 0.01. Besides, patients with multiple polymorphisms in these genes are more likely to develop active disease progression accompanied with high treatment failure rates and the need for surgery.

CONCLUSION: The results show that changes in collagen genes and the genes involved in their interactome do not just promote retinopathy of prematurity, but may also have potential value as predictive biomarkers of its severity and outcomes.

About the authors

Yuliya D. Kuznetsova

Russian Children’s Clinical Hospital — branch of the Russian National Research Medical University named after N.I. Pirogov; International Scientific and Practical Center for Tissue Proliferation

Email: kuznecovay2011@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4985-7198
SPIN-code: 9251-6263

MD, Cand. Sci. (Medicine)

Russian Federation, Moscow; Moscow

Marianna E. Weener

International Scientific and Practical Center for Tissue Proliferation

Email: marianna.e.ivanova@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-1089-4293
SPIN-code: 8098-6078

MD, Dr. Sci. (Medicine)

Russian Federation, Moscow

Sergey V. Lesovoy

Russian Children’s Clinical Hospital — branch of the Russian National Research Medical University named after N.I. Pirogov; International Scientific and Practical Center for Tissue Proliferation

Email: sergforester1@mail.ru
ORCID iD: 0009-0006-9249-5013
SPIN-code: 6033-6471

MD

Russian Federation, Moscow; Moscow

Olga S. Krivovyaz

Russian Children’s Clinical Hospital — branch of the Russian National Research Medical University named after N.I. Pirogov; International Scientific and Practical Center for Tissue Proliferation

Email: olga-eye@mail.ru
ORCID iD: 0009-0001-3768-6283
SPIN-code: 6115-0644

MD

Russian Federation, Moscow; Moscow

Aleksey V. Bakharev

International Scientific and Practical Center for Tissue Proliferation; City Clinical Hospital No. 1 named after N.I. Pirogov

Email: Bakharev8@bk.ru
ORCID iD: 0009-0005-3832-8532
SPIN-code: 4989-9467

MD

Russian Federation, Moscow; Moscow

Jean M. Salmasi

The Russian National Research Medical University named after N.I. Pirogov

Email: profjms@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-8524-0019
SPIN-code: 9350-1266

MD, Dr. Sci. (Medicine), Professor

Russian Federation, Moscow

Larisa M. Balashova

International Scientific and Practical Center for Tissue Proliferation

Author for correspondence.
Email: blm1962@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-9349-7092
SPIN-code: 8314-7638

MD, Dr. Sci. (Medicine), Professor

Russian Federation, Moscow

References

  1. Винер М.Е., Бакунина Н.А., Салмаси Ж.М., и др. Подходы к молекулярно-генетической диагностике глазных проявлений пролиферативного синдрома для патофизиологически направленного лечения // РМЖ. Клиническая офтальмология. 2022. Т. 22, № 1. С. 16–22. / Weener ME, Bakunina NA, Salmasi JM, et al. Genetic testing of ocular manifestations of proliferative syndrome to provide pathophysiology-oriented treatment. Russian Journal of Clinical Ophthalmology. 2022;22(1):16–22. doi: 10.32364/2311-7729-2022-22-1-16-22 EDN: DQYLZU
  2. Ovali F, Hakbilen M, Akalin I, et al. The association of microRNAs in the development of retinopathy of prematurity. Journal of Neonatal-Perinatal Medicine. 2024;17(1):49–55. doi: 10.3233/npm-230029 EDN: OZELYZ
  3. Li Y, Zhou H, Huang Q, et al. Potential biomarkers for retinopathy of prematurity identified by circular RNA profiling in peripheral blood mononuclear cells. Frontiers in Immunology. 2022;13:953812. doi: 10.3389/fimmu.2022.953812 EDN: LRUCWY
  4. Gimenez LG, Gili JA, Elias DE, et al. Genetic susceptibility for retinopathy of prematurity and its associated comorbidities. Pediatric Research. 2024;96(5):1325–1331. doi: 10.1038/s41390-024-03068-9 EDN: HCENYV
  5. Fevereiro-Martins M, Guimarães H, Marques-Neves C, Bicho M. Retinopathy of prematurity: contribution of inflammatory and genetic factors. Molecular and Cellular Biochemistry. 2022;477(6):1739–1763. doi: 10.1007/s11010-022-04394-4 EDN: SLANEY
  6. DiChiara AS, Taylor RJ, Wong MY, et al. Mapping and exploring the Collagen-I proteostasis network. ACS Chemical Biology. 2016;11(5):1408–1421. doi: 10.1021/acschembio.5b01083
  7. Volonghi I, Pezzini A, Del Zotto E, et al. Role of COL4A1 in basement-membrane integrity and cerebral small-vessel disease. The COL4A1 stroke syndrome. Current Medicinal Chemistry. 2010;17(13):1317–1324. doi: 10.2174/092986710790936293
  8. Okazaki S, Meguro A, Ideta R, et al. Common variants in the COL2A1 gene are associated with lattice degeneration of the retina in a Japanese population. Molecular Vision. 2019;25:843–850.
  9. Alavi MV, Mao M, Pawlikowski BT, et al. Col4a1 mutations cause progressive retinal neovascular defects and retinopathy. Scientific Reports. 2016;6(1):18602. doi: 10.1038/srep18602
  10. Valencia AM, Cai CL, Tan J, et al. Intravitreal bevacizumab alters type IV collagenases and exacerbates arrested alveologenesis in the neonatal rat lungs. Experimental Lung Research. 2017;43(3):120–133. doi: 10.1080/01902148.2017.1306897
  11. Винер М.Е., Обрубов С.А., Барх Д., и др. Особенности мутаций в генах у детей с высокой близорукостью, сочетающейся с периферическими витреохориоретинальными дистрофиями // Вестник офтальмологии. 2024. Т. 140, № 1. С. 19–24. / Weener ME, Obrubov SA, Barh D, et al. Features of genetic mutations in children with high myopia combined with peripheral retinal degenerations. Russian Annals of Ophthalmology. 2024;140(1):19–24. doi: 10.17116/oftalma202414001119 EDN: VQBYYE
  12. Jørgensen AEM, Agergaard J, Schjerling P, et al. The regional turnover of cartilage collagen matrix in late-stage human knee osteoarthritis. Osteoarthritis and Cartilage. 2022;30(6):886–895. doi: 10.1016/j.joca.2022.03.007 EDN: HIHMAQ

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Diagram showing gene groups that are functionally related to the collagen genes: n, number of genes analyzed.

Download (1MB)
Indexing metadata
3. Supplement 1. Comparative characteristics of expression of collagen genes and genes involved in their interactome by groups.
Download (27KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Eco-Vector

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».