Высокопроизводительное секвенирование выявило патогенные генетические варианты при нейродегенеративных заболеваниях

31 августа 2022

Учёные из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (University of California, Los Angeles) обнаружили некодирующие регуляторные генетические элементы, влияющие на риск развития деменции при болезни Альцгеймера и симптоматически сходного с ней прогрессирующего надъядерного паралича (ПНП). Результаты исследования опубликованы в журнале Science.

В рамках одного эксперимента учёные объединили метод MRPA (massively parallel multiplexed reporter assay – массово-параллельный мультиплексный репортерный анализ) и расширенный CRISPR-скрининг (pooled CRISPR screen) для выявления и описания некодирующих генетических вариантов, связанных с риском развития заболеваний. Авторы работы считают, что выбранная ими стратегия может стать «путеводителем» для проведения подобных исследований в будущем.

Дэниел Гешвинд (Daniel Geschwind), профессор неврологии, психиатрии и генетики Калифорнийского университета, автор исследования, объяснил, что метод, предложенный его группой, помогает учесть некоторые недостатки полногеномных ассоциативных исследований (GWAS). Несмотря на то, что методика GWAS произвела переворот в выявлении генетических локусов, она всё ещё имеет ограничения для некоторых из них.

«Это представляет огромную проблему, – сообщил Гешвинд, – поскольку большинство распространённых локусов предрасположенности к заболеванию находятся в некодирующих областях генома и состоят из множества коррелирующих полиморфизмов из-за неравновесного сцепления генов. Мы решили, что для преодоления критического пробела в данной области можно использовать недавно разработанные высокопроизводительные методы, позволяющие измерять влияние генетических вариантов на транскрипцию».

Генетические варианты, ассоциированные с болезнью Альцгеймера и ПНП, оказались сложными для изучения, поскольку многие локусы, связанные с этими заболеваниями, перекрывают некодирующие области и содержат сотни вариантов с неравновесным сцеплением генов, что затрудняет идентификацию регуляторных вариантов.

Ещё больше осложняет ситуацию то, что вычислительные методы прогнозирования вариантов, связанных с риском развития заболеваний, имеют ограничения при оценке некодирующих областей.

Чтобы решить проблему, Гешвинд и его коллеги изучили оба аллеля 5 706 генетических вариантов в 25 локусах, ассоциированных с болезнью Альцгеймера, и в 9 локусах, связанных с ПНП, а затем провели массовый параллельный репортерный анализ для определения уровня экспрессии.

Благодаря полученным данным учёные определили 320 функциональных вариантов, 42 из которых были признаны высоко достоверными на основании их функциональных характеристик и расположения в регуляторных регионах, активных в тканях мозга.

Исследователи подтвердили значимость этих 42 функциональных вариантов в ходе расширенного CRISPR-скрининга (объединение CRISPR-скрининга и секвенирования транскриптома одиночной клетки), использующего индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (iPSCs – induced pluripotent stem cells) и CROP-seq.

«Это позволяет нам перейти от изучения тысяч генетических вариантов, связанных с заболеванием, к чёткому определению функциональных вариантов и их влияния на гены», – заявил Гешвинд.

В ходе скрининга было выявлено несколько новых генов-кандидатов риска развития как болезни Альцгеймера, так и ПНП, которые учёные проверили экспериментально с помощью таргетных анализов CRISPRi.

Результаты исследования показали по крайней мере один связанный с ПНП патогенный механизм, в котором несколько локусов действуют совместно, нарушая основной набор факторов транскрипции. Эти данные можно применить для прогноза риска развития ПНП.

По словам Гешвинда, полученный результат говорит о том, что эффективным терапевтическим подходом может стать воздействие на совокупность генов, а не на один патогенный вариант.

«Мы переходим на новую стадию в лечении заболеваний – начинает казаться возможным применение таргетной терапии на основе целой сети генов», – пояснил он.

Гешвинд предупредил, что успех данного исследования «не означает, что мы можем отказаться от экспериментов по изучению отдельных генов в модельных системах».

Как пояснил автор, метод его группы – это, скорее, пробный шаг от GWAS к пониманию механизмов заболеваний.

После публикации работы Гешвинд сообщил, что в будущем планирует расширить исследование, чтобы оценить роль редких вариантов в связке с распространёнными.

Подпишитесь на наши обновления

Подпишитесь на нашу информационную рассылку, чтобы оставаться в курсе новостей в мире генетики
Ваш e-mail
Спасибо за подписку!