Новый взгляд на причины развития рассеянного склероза
15.05.2010
3095
0
30950
Ученые давно хотели исследовать геном человека с целью поиска ключевых изменений в ДНК, приводящих к развитию рассеянного склероза (РС). Теперь это стало возможным благодаря снижению цен на секвенирование ДНК. Первое тщательное исследование генома однояйцовых близнецов дало некоторые результаты, но показало, что даже глубокий генетический анализ не всегда дает четкие ответы на существующие вопросы.
Рассеянный склероз характеризуется одновременным поражением нескольких отделов центральной нервной системы в результате атаки собственных лимфоцитов организма на компоненты мембран глиальных клеток. При этом в белом веществе головного и спинного мозга возникают множественные очаги разрушения миелина, необходимого для нормальной передачи электрического импульса по нервным волокнам. Ранее не было сомнений в том, что в большинстве случаев заболевание обусловлено генетическими причинами. Родственники больных РС находятся в группе повышенного риска развития заболевания; если же больной РС имеет близнеца, то риск развития РС у этого близнеца составляет более 25%. Казалось бы, должны существовать некие минорные различия в геномах близнецов, определяющие различный риск развития РС, однако после того, как группа американских ученых сравнила геномы близнецов женского пола (одна из близнецов была здорова, а вторая – больна РС), никаких подобных различий обнаружено не было.
После проведения генетического исследования ДНК близнецов группа ученых под руководством Сержио Баранзини (Sergio Baranzini) из Университета Калифорнии в Сан-Франциско (University of California) (США) и Стефана Кингзмора (Stephen Kingsmore) из Национального Центра Геномных Исследований (National Center for Genome Resources) в Санта Фе (США) сконцентрировала свое внимание на эпигенетических различиях (химических модификациях ДНК, влияющих на экспрессию генов) геномов лимфоцитов других пар однояйцевых близнецов, включая и первую исследованную пару (всего в исследование вошли три пары однояйцовых близнецов). Однако и в этом случае никаких существенных отличий в химических модификациях ДНК ключевых генов найдено не было.
Ученые не секвенировали последовательности геномов двух других пар близнецов, но провели сравнительный анализ около миллиона специфических полиморфных участков генов (однонуклеотидных замен в последовательности ДНК, в английской литературе – SNP (от single nucleotide polymorphism) у близнецов с наличием и отсутствием заболевания, в очередной раз подтвердив полную идентичность их геномов.
«Так как геном был изучен всесторонне, можно сказать, что получен чрезвычайно важный отрицательный результат», - говорит Дэвид Хафлер (David Hafler), невролог из Йельского Университета (Yale University) в Нью-Хейвене (США). Полученные результаты свидетельствуют в пользу того, что заболевание в действительности практически не имеет генетической составляющей.
Генетики часто исследуют большие выборки больных РС в поисках однонуклеотидных замен в последовательности ДНК, ассоциированных с заболеванием. Секвенирование предполагает более глубокий и детальный анализ генома, с помощью чего можно обнаружить ранее не выявленные различия пар близнецов, один из которых здоров, а второй болен. Изначально геномы близнецов идентичны, но у одного из них могут произойти мутации на ранних этапах развития, а у другого – нет.
Более ранние исследования выявили группу генетических полиморфизмов, ассоциированных с повышенным риском развития РС, и у всех близнецов, участвующих в исследовании, имелся по крайней мере один нежелательный полиморфизм. «Оба близнеца появились на свет с одинаково высоким риском развития РС, - говорит Кингзмор, - но генетических факторов, как оказалось, недостаточно для проявления заболевания: существует некий другой механизм, инициирующий развитие РС». «Есть вероятность, - добавляет Баранзини, - что, хотя оба близнеца имеют одинаковую предрасположенность к заболеванию, на одного из них оказали более сильное влияние факторы окружающей среды».
«Сравнение последовательностей геномов всех членов семьи с целью нахождения точечных мутаций, ответственных за развитие заболевания, предлагает новые возможности диагностики и терапии», - говорит Дэниэл Гешвинд (Daniel Geschwind), нейрогенетик из Университета Калифорнии в Лос-Анджелесе (University of California) (США). В недавно опубликованном исследовании ученые использовали полное секвенирование генома для идентификации редких специфических полиморфизмов, приводящих к развитию неврологического заболевания – болезни Шарко-Мари-Тута [2]; другое исследование сузило генетические причины двух других заболеваний [3]. Обсуждаемое исследование – это первая работа, касающаяся рассеянного склероза. Оно включило в себя изучение экспрессии специфических генов, эпигенетический анализ, а также полное секвенирование геномов. «Эту работу можно использовать как образец для дальнейших исследований», - говорит Гешвинд.
Однако, по мнению Гешвинда, работа не лишена недостатков. Один из них заключается в том, что, хотя Баранзини с коллегами изучили эпигенетические особенности и экспрессию генов у всех трех вошедших в исследование пар близнецов, полное секвенирование генома они провели только для одной пары. Кингзмор также отмечает, что внимание группы было направлено только на лимфоциты, хотя следовало изучить также и нервные клетки, - возможно, именно в них кроются генетические различия между близнецами, определяющие риск развития рассеянного склероза.
Литература:
1. Baranzini, S. E. et al. Nature 464, 1351-1356 (2010).
2. Lupski, J. R. et al. N. Engl. J. Med. 362, 1181-1191 (2010).
3. Roach, J. C. et al. Science (advance online publication) (2010).
По материалам:
NatureNews
Приложение:
Пресс-релиз Калифорнийского Университета Сан-Франциско (University of California - San Francisco)
Главная причина рассеянного склероза – воздействие факторов окружающей среды
Обнаружены веские доказательства в пользу влияния некоторых пока неизвестных факторов окружающей среды на развитие рассеянного склероза (РС).
Главная статья апрельского номера авторитетного журнала Nature посвящена результатам самого современного анализа генома, выполненного на идентичных или «монозиготных» близнецах, один из которых страдал РС, а другой – был здоров.
«Несмотря на высокую точность, с которой мы секвенировали геном обследуемых, мы не нашли генетических или эпигенетических различий, объясняющих, почему у одного близнеца развилась болезнь, а у другого – нет, – рассказывает адъюнкт-профессор нейробиологии, член Группы Исследования Рассеянного Склероза Университета Калифорнии в Сан-Франциско (Multiple Sclerosis Research Group at University of California, San Francisco), доктор наук Сержио Баранзини (Sergio Baranzini).
Результаты исследования не опровергают участия наследственных факторов в развитии заболевания. По статистике в случае, если у одного из близнецов развивается РС, риск заболевания у здорового близнеца возрастает на 30%. Если болезнью страдает брат или сестра, не являющиеся близнецами, то риск развития заболевания у здоровых брата/сестры возрастает приблизительно на 5%. Несмотря на небольшую группу обследования и определенные технические ограничения методики, Сержио Баранзини считает результаты достоверными или, по крайней мере, заслуживающими внимания.
Исследование проводили с 20-кратной глубиной покрытия генома. Для сравнения, первые опубликованные результаты секвенирования генома человека были получены при 7-8-кратной глубине покрытия генома (работы доктора наук Крейга Вентера (Craig Venter) и доктора наук, Нобелевского лауреата Джеймса Ватсона (James Watson). Кроме того, группа ученых под руководством Баранзини впервые провела исследование генома женщины, впервые секвенировала геномы близнецов, а также геном больного рассеянным склерозом. В дальнейшем ученые планируют изучить генетический материал, полученный от других близнецов, страдающих РС. Значительное снижение стоимости секвенирования позволит расширить объем проводимого исследования.
В своей статье ученые не строят предположений о том, какие факторы окружающей среды вызывают РС. Самой известной теорией развития РС является теория, согласно которой некая вирусная инфекция активирует аутоиммунные реакции, приводящие к возникновению болезни. Наиболее вероятным виновником иммунопатологических реакций считается вирус Эпштейна-Барр. Однако, если бы это было так, то уникальный геном каждого человека определял бы, приведет инфицирование вирусом к развитию РС, или нет. Было показано, что вирусы не провоцируют возникновение РС, но были выявлены генетические факторы риска и высказано предположение, что развитие РС может быть вызвано курением, а также недостатком солнечного света и витамина D, вырабатывающегося под действием солнечных лучей.
Предположение ученых о равноценной значимости генетического фактора и факторов окружающей среды для развития РС связано с несоответствием геномов, обнаруживаемом у монозиготных близнецов в 70% случаев. Относительно недавно также были описаны генетические (ДНК) и эпигенетические (метилирование и импринтинг ДНК) различия между монозиготными близнецами. Настоящее исследование было выполнено для того, чтобы изучить, насколько идентичны геномы монозиготных близнецов, а также для того, чтобы выявить генетические и эпигенетические различия геномов близнецов, один из которых страдает РС.
«Полученные результаты, - говорит Баранзини, - приближают нас к пониманию влияния генетических и эпигенетических факторов на развитие РС».
Любопытно, что ученые также обнаружили неожиданные различия геномов близнецов, не связанные с наличием РС. У монозиготных близнецов наблюдались различия в так называемом «несоответствии аллелей» (ситуация, когда одна копия гена экспрессируется с большей частотой, чем другая). У одного близнеца уровень экспрессии двух аллелей одного гена мог быть одинаковым, у другого – различаться, что обуславливало разницу профилей экспрессии матричных РНК (мРНК) и, в конечном итоге, продукции некоторых белков в клетках близнецов.
«Мы обнаружили множество примеров того, когда у одного близнеца несоответствие аллелей было выражено в большей степени, чем у другого, или же, когда несоответствие распределялось между двумя аллелями, - поясняет Баранзини. – Полученные результаты оказались неожиданными и, вероятно, привлекут внимание ученых при дальнейшем исследовании геномов близнецов, страдающих РС или другими заболеваниями».
Оригинальная статья: Baranzini S.E. et al. Genome, epigenome and RNA sequences of monozygotic twins discordant for multiple sclerosis. Nature, 2010; 464 (7293): 1351 DOI: 10.1038/nature08990
Рассеянный склероз характеризуется одновременным поражением нескольких отделов центральной нервной системы в результате атаки собственных лимфоцитов организма на компоненты мембран глиальных клеток. При этом в белом веществе головного и спинного мозга возникают множественные очаги разрушения миелина, необходимого для нормальной передачи электрического импульса по нервным волокнам. Ранее не было сомнений в том, что в большинстве случаев заболевание обусловлено генетическими причинами. Родственники больных РС находятся в группе повышенного риска развития заболевания; если же больной РС имеет близнеца, то риск развития РС у этого близнеца составляет более 25%. Казалось бы, должны существовать некие минорные различия в геномах близнецов, определяющие различный риск развития РС, однако после того, как группа американских ученых сравнила геномы близнецов женского пола (одна из близнецов была здорова, а вторая – больна РС), никаких подобных различий обнаружено не было.
После проведения генетического исследования ДНК близнецов группа ученых под руководством Сержио Баранзини (Sergio Baranzini) из Университета Калифорнии в Сан-Франциско (University of California) (США) и Стефана Кингзмора (Stephen Kingsmore) из Национального Центра Геномных Исследований (National Center for Genome Resources) в Санта Фе (США) сконцентрировала свое внимание на эпигенетических различиях (химических модификациях ДНК, влияющих на экспрессию генов) геномов лимфоцитов других пар однояйцевых близнецов, включая и первую исследованную пару (всего в исследование вошли три пары однояйцовых близнецов). Однако и в этом случае никаких существенных отличий в химических модификациях ДНК ключевых генов найдено не было.
Ученые не секвенировали последовательности геномов двух других пар близнецов, но провели сравнительный анализ около миллиона специфических полиморфных участков генов (однонуклеотидных замен в последовательности ДНК, в английской литературе – SNP (от single nucleotide polymorphism) у близнецов с наличием и отсутствием заболевания, в очередной раз подтвердив полную идентичность их геномов.
«Так как геном был изучен всесторонне, можно сказать, что получен чрезвычайно важный отрицательный результат», - говорит Дэвид Хафлер (David Hafler), невролог из Йельского Университета (Yale University) в Нью-Хейвене (США). Полученные результаты свидетельствуют в пользу того, что заболевание в действительности практически не имеет генетической составляющей.
Генетики часто исследуют большие выборки больных РС в поисках однонуклеотидных замен в последовательности ДНК, ассоциированных с заболеванием. Секвенирование предполагает более глубокий и детальный анализ генома, с помощью чего можно обнаружить ранее не выявленные различия пар близнецов, один из которых здоров, а второй болен. Изначально геномы близнецов идентичны, но у одного из них могут произойти мутации на ранних этапах развития, а у другого – нет.
Более ранние исследования выявили группу генетических полиморфизмов, ассоциированных с повышенным риском развития РС, и у всех близнецов, участвующих в исследовании, имелся по крайней мере один нежелательный полиморфизм. «Оба близнеца появились на свет с одинаково высоким риском развития РС, - говорит Кингзмор, - но генетических факторов, как оказалось, недостаточно для проявления заболевания: существует некий другой механизм, инициирующий развитие РС». «Есть вероятность, - добавляет Баранзини, - что, хотя оба близнеца имеют одинаковую предрасположенность к заболеванию, на одного из них оказали более сильное влияние факторы окружающей среды».
«Сравнение последовательностей геномов всех членов семьи с целью нахождения точечных мутаций, ответственных за развитие заболевания, предлагает новые возможности диагностики и терапии», - говорит Дэниэл Гешвинд (Daniel Geschwind), нейрогенетик из Университета Калифорнии в Лос-Анджелесе (University of California) (США). В недавно опубликованном исследовании ученые использовали полное секвенирование генома для идентификации редких специфических полиморфизмов, приводящих к развитию неврологического заболевания – болезни Шарко-Мари-Тута [2]; другое исследование сузило генетические причины двух других заболеваний [3]. Обсуждаемое исследование – это первая работа, касающаяся рассеянного склероза. Оно включило в себя изучение экспрессии специфических генов, эпигенетический анализ, а также полное секвенирование геномов. «Эту работу можно использовать как образец для дальнейших исследований», - говорит Гешвинд.
Однако, по мнению Гешвинда, работа не лишена недостатков. Один из них заключается в том, что, хотя Баранзини с коллегами изучили эпигенетические особенности и экспрессию генов у всех трех вошедших в исследование пар близнецов, полное секвенирование генома они провели только для одной пары. Кингзмор также отмечает, что внимание группы было направлено только на лимфоциты, хотя следовало изучить также и нервные клетки, - возможно, именно в них кроются генетические различия между близнецами, определяющие риск развития рассеянного склероза.
Литература:
1. Baranzini, S. E. et al. Nature 464, 1351-1356 (2010).
2. Lupski, J. R. et al. N. Engl. J. Med. 362, 1181-1191 (2010).
3. Roach, J. C. et al. Science (advance online publication) (2010).
По материалам:
NatureNews
Приложение:
Пресс-релиз Калифорнийского Университета Сан-Франциско (University of California - San Francisco)
Главная причина рассеянного склероза – воздействие факторов окружающей среды
Обнаружены веские доказательства в пользу влияния некоторых пока неизвестных факторов окружающей среды на развитие рассеянного склероза (РС).
Главная статья апрельского номера авторитетного журнала Nature посвящена результатам самого современного анализа генома, выполненного на идентичных или «монозиготных» близнецах, один из которых страдал РС, а другой – был здоров.
«Несмотря на высокую точность, с которой мы секвенировали геном обследуемых, мы не нашли генетических или эпигенетических различий, объясняющих, почему у одного близнеца развилась болезнь, а у другого – нет, – рассказывает адъюнкт-профессор нейробиологии, член Группы Исследования Рассеянного Склероза Университета Калифорнии в Сан-Франциско (Multiple Sclerosis Research Group at University of California, San Francisco), доктор наук Сержио Баранзини (Sergio Baranzini).
Результаты исследования не опровергают участия наследственных факторов в развитии заболевания. По статистике в случае, если у одного из близнецов развивается РС, риск заболевания у здорового близнеца возрастает на 30%. Если болезнью страдает брат или сестра, не являющиеся близнецами, то риск развития заболевания у здоровых брата/сестры возрастает приблизительно на 5%. Несмотря на небольшую группу обследования и определенные технические ограничения методики, Сержио Баранзини считает результаты достоверными или, по крайней мере, заслуживающими внимания.
Исследование проводили с 20-кратной глубиной покрытия генома. Для сравнения, первые опубликованные результаты секвенирования генома человека были получены при 7-8-кратной глубине покрытия генома (работы доктора наук Крейга Вентера (Craig Venter) и доктора наук, Нобелевского лауреата Джеймса Ватсона (James Watson). Кроме того, группа ученых под руководством Баранзини впервые провела исследование генома женщины, впервые секвенировала геномы близнецов, а также геном больного рассеянным склерозом. В дальнейшем ученые планируют изучить генетический материал, полученный от других близнецов, страдающих РС. Значительное снижение стоимости секвенирования позволит расширить объем проводимого исследования.
В своей статье ученые не строят предположений о том, какие факторы окружающей среды вызывают РС. Самой известной теорией развития РС является теория, согласно которой некая вирусная инфекция активирует аутоиммунные реакции, приводящие к возникновению болезни. Наиболее вероятным виновником иммунопатологических реакций считается вирус Эпштейна-Барр. Однако, если бы это было так, то уникальный геном каждого человека определял бы, приведет инфицирование вирусом к развитию РС, или нет. Было показано, что вирусы не провоцируют возникновение РС, но были выявлены генетические факторы риска и высказано предположение, что развитие РС может быть вызвано курением, а также недостатком солнечного света и витамина D, вырабатывающегося под действием солнечных лучей.
Предположение ученых о равноценной значимости генетического фактора и факторов окружающей среды для развития РС связано с несоответствием геномов, обнаруживаемом у монозиготных близнецов в 70% случаев. Относительно недавно также были описаны генетические (ДНК) и эпигенетические (метилирование и импринтинг ДНК) различия между монозиготными близнецами. Настоящее исследование было выполнено для того, чтобы изучить, насколько идентичны геномы монозиготных близнецов, а также для того, чтобы выявить генетические и эпигенетические различия геномов близнецов, один из которых страдает РС.
«Полученные результаты, - говорит Баранзини, - приближают нас к пониманию влияния генетических и эпигенетических факторов на развитие РС».
Любопытно, что ученые также обнаружили неожиданные различия геномов близнецов, не связанные с наличием РС. У монозиготных близнецов наблюдались различия в так называемом «несоответствии аллелей» (ситуация, когда одна копия гена экспрессируется с большей частотой, чем другая). У одного близнеца уровень экспрессии двух аллелей одного гена мог быть одинаковым, у другого – различаться, что обуславливало разницу профилей экспрессии матричных РНК (мРНК) и, в конечном итоге, продукции некоторых белков в клетках близнецов.
«Мы обнаружили множество примеров того, когда у одного близнеца несоответствие аллелей было выражено в большей степени, чем у другого, или же, когда несоответствие распределялось между двумя аллелями, - поясняет Баранзини. – Полученные результаты оказались неожиданными и, вероятно, привлекут внимание ученых при дальнейшем исследовании геномов близнецов, страдающих РС или другими заболеваниями».
Оригинальная статья: Baranzini S.E. et al. Genome, epigenome and RNA sequences of monozygotic twins discordant for multiple sclerosis. Nature, 2010; 464 (7293): 1351 DOI: 10.1038/nature08990
Ваш комментарий:
Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Чтобы оставить комментарий, необходимо авторизоваться.
Последние комментарии
