Копии числа вариантов при психических расстройствах

         Исследование вариаций числа копий ( копий числа вариантов) в геноме представляет собой новую страницу в генетике психических расстройств ( Голимбет В.Е., Корень Е.В. ( 2010). Сегодня известно, что вклад CNVs в вариативность генома ( 12% ) сопоставим с вкладом однонуклеотидных полиморфизмов или даже превышает его. R. Radon et.al. (2006) .  образно сравнивает геном с текстом книги , содержащим уникальную для каждого индивида информацию о его собственной жизни если одно нуклеотидные полиморфизмы и короткие последовательности ДНК — это буквы и предложения, то вариации копий генов — параграфы или даже целые страницы. Причем эти фрагменты текста могут содержать крайне важную информацию в области эволюции и медицины.

           Во второй половине ХХ века вариации числа копий выявляли с помощью цитогенетических методов. Известно, что анеуплоидия хромосом, т.е. фактически изменение числа копий всех генов, расположенных на выпавшей, или лишней хромосоме, имеет критические последствия для фенотипа, например, как это можно наблюдать на примере синдрома Дауна или трисомии по 21 хромосоме. 

           В конце ХХ века в процессе реализации международной научной программы «Геном человека» был открыт еще один тип генетических вариаций.  Цель программы заключалась в полной расшифровке нуклеотидной последовательности генома. Одним из основных достижений проекта было обнаружение полиморфизма генов, т.е. меж индивидуальных различий в последовательности ДНК, которые имели место на уровне отдельных нуклеотидов, также были обусловлены небольшими по размерам вставками (инсерциями) или выпадениями (делециями) нескольких нуклеотидов, организованными в виде примыкающих друг к другу (тандемных) повторов. Доля межиндивидуальных вариаций, обусловленных такими заменами, была достаточно значительной (до 10%).

           Обнаруженные  участки генома содержат большое число генов, а также локусы, связанные с различными заболеваниями, и функциональные элементы, а  ряд мутаций,  обусловленных копиями числа вариантов, может не только наследоваться, но и возникать  de novo. Этот факт обнаружили при сравнении геномов родителей и ребенка. Несмотря на то, что мы наследуем одну копию каждого гена от отца и одну — от матери, оказалось, что число копий у разных людей может отличаться от положенных двух и процент такой вариативности гораздо выше ожидаемого. Причины, вызывающие вариации числа копий, пока не выяснены. Возможно, что CNVs возникают в участках генома, которые включают в себя повторяющиеся последовательности или же эти последовательности примыкают к ним в виде дублированных или многократных копий. В таких участках чаще могут возникать сбои при сближении родительских хромосом в процессе обмена генетическим материалом.         

            К настоящему времени обнаружено, что копии числа вариантов  могут быть причиной нескольких десятков спорадических заболеваний, вызванных геномными перестройками. Кроме того, они были найдены в семьях с моногенными наследственными болезнями . Что касается широко распространенных заболеваний, то за небольшой период, прошедший со времени открытия CNVs, появились сообщения  об их связи с 17 болезнями человека, в том числе системными аутоиммунными и психическими. В настоящее время проведены полногеномные исследования CNVs и ведется создание базы данных, как и для полиморфизмов.

        Так называемые, «эндогенные психические заболевания» (шизофрения,  расстройства аутистического спектра, биполярное аффективное расстройство)  попали в фокус  исследований, направленных на поиск вариаций числа копий, так как ранее полученные данные указывали на то,  что кариотипические аномалии могут быть критическими  для их возникновения. Так, было установлено, что у больных с синдромом ДиДжорджи, представляющим собой Х-сцепленное заболевание, при котором на одной из гемизигот наблюдается делеция участка 22q11.2, психотические расстройства могут иметь место в 25% случаев. Картирование этого участка для выявления возможных генов-кандидатов шизофрении выявило 2 перспективных гена — катехол-О-метил-трансферазы (СОМТ) и пролиндегидрогеназы  (PRODH). Ассоциация аллельных вариантов этих генов с  шизофренией была в дальнейшем обнаружена в ряде исследований.

           С изучением хромосомных аберраций было связано и выявление другого гена — DISC1 — функция которого нарушена при шизофрении. Его впервые идентифицировали D. Blackwood et.al. в одной из шотландских семей, у членов которой психические расстройства сочетались с хромосомной транслокацией с точкой разрыва в участке 1q42.2. В результате разрыва поврежденными оказались два гена, которые назвали DISC1 и  DISC2. Вариация  числа копий у больных шизофренией наблюдалась в генах, связанных с глутаматергической системой (GRIK3, EFNA5, AKAP5 и CACNG2).

           H. Moon et.al. сообщили, что у больных шизофренией имеет место вставка или потеря фрагментов ДНК в нескольких хромосомных участках: вставки наиболее часто отмечены на хромосоме Xq23 (52%), потери — н3q13.12 (32%). Н. Lachman et.al. предложили другой подход к изучению вариаций числа копий, предположивчто полиморфные CNVs могут разрывать последовательность ДНК кодирующих элементов генов-кандидатов и таким образом непосредственно участвовать в патогенезе заболевания. В этом случае определенный вариант CNVs может являться маркером заболевания. В частности, у больных с биполярным психозом был изучен ген киназы гликогенсинтазы 3 β (GSK3β), расположенный на хромосомном участке 3q13.3, который служит мишенью для солей лития. В 3'-кодирующих элементах гена может иметь место дупликация. Оказалось, что частота генетических вариантов, несущих дупликацию, была значимо выше в группе больных по сравнению с контролем.

             При аутизме обнаружение цитогенетических аномалий, связанных с хромосомным участком 15q11-q13,  позволило выявить гены-кандидаты, которые могут быть вовлечены в патогенез этого заболевания. Это гены, кодирующие рецепторы γ-аминомасляной кислоты (ГАМК), важного нейротрансмиттера, связанного с процессами торможения в мозге, а также ген UBE3A (убиквитин лигаза Е3А), активность которого проявляется преимущественно в головном мозге. J. Glessner et.al. было обнаружено, что этот ген и другие, связанные с метаболизмом убиквитина, содержат CNVs, которые присутствуют только у больных, но не в контрольной группе психически здоровых людей.

                  Две хромосомных аберрации были найдены у больных шизофренией в работе G. Kirov et.al., одна из них представляла собой делецию в участке 2p16.3, разрывающую последовательность гена нейрексина 1 (NRXN1), другая — вновь образованную дупликацию в гене белка, связывающего предшественник амилоида А2 (APBA2). Оба гена играют важную роль в образовании и функционировании синапсов. J. Stone et.al. сообщили о результатах полигеномного исследования  редких вариантов CNVs у  большой выборки больных шизофренией. У 1% всех обследованных обнаружены участки CNVs длиной более 100 тысяч пар оснований. При этом у больных они встречались чаще, чем в контроле. Делеции  у больных шизофренией были обнаружены на хромосоме  22q11.2. Делеции большего размера были найдены научастках 15q13.3 и 1q21.1. В исследовании Н. Stefansson et.al. был проведен скрининг больных и  психически здоровых людей, который позволил выявить  66 вновь образованных мутаций. Из них 3 мутации, представленные делециями на участках 1q21.1, 15q11.2 и 15q13.3, были связаны с шизофренией и расстройствами шизофренического спектра.

                Возможность эффективного поиска редких вариабельных последовательностей появилась после разработки фирмой «deCODE genetics», являющейся координатором проекта, микрочипа HumanCNV370, который позволяет выявлять десятки тысяч последовательностей ДНК. Это уникальная разработка, включающая в себя высокотехнологичное программное обеспечение (вплоть до роботов) является одной из наиболее эффективных в мире для анализа вариабельных последовательностей ДНК.

              Предполагается проведение широкомасштабного генотипирования образцов ДНК больных и людей контрольной группы с использованием технологии микрочипов. Это позволит выявить 40 тысяч редких вариантов CNVs, потенциально представляющих высокий риск для развития исследуемых психопатологий, а также 5000 распространенных CNVs и 320 тысяч однонуклеотидных полиморфизмов, связанных с умеренным риском.  Будет отобран 1% от всех изученных вариабельных последовательностей для более подробного исследования с применением современных молекулярно- и цитогенетических методов.  В настоящее время предпринята  попытка  установить причинно-следственную связь между вариантами повышенного риска и фенотипическими проявлениями. Предполагается изучение экспрессии выявленных генов, а также проведение исследований на животных с выключенной функцией этих генов.

         Итак,  геном человека варьируется не только в связи с простым нуклеотидным полиморфизмом ( SNP) , но также копиями числа вариаций ( CNV). Копии числа вариаций включают в себя: делеции, дупликации, инсерции и инверсии регионов генома. В среднем геном человека включает в себя свыше 1000 копий числа вариантов. Некоторые копии числа вариантов имеют общие аллели, в то время , как для других они представляют редкость. РЕдкие копии числа вариантов представляют особый интерес для исследователей , особенно, в последние годы ,поскольку они связаны с психическими расстройствами.

         Цитогенетические исследования выялвяют значительные аномалии в хромосомах , которые также ассоциируются с психическими расстройствами. Например, делеция 22q11.2 при велокардиофисциальном синдроме ассоциирована с шизофренией , а дупликация 15q11-13 с расстройствами аутистического спектра. Геном расширенные исследования копий числа вариантов позволяют сделать новые открытия в генетике психических расстройств. Например, обнаружен высокий уровень de novo копий числа вариантов ( 5%-10%) у больных с расстройвами аутистического спектра, по сравнению с контрольной группой.  Редкие и большие ( более, чем 100 kb) копии числа вариантов ассоциированы с шизофренией . Кроме того , здесь также отмечается высокий уровень de novo СNV при шизофрении по сравнению с контролем.

              Ниже описан один из методов ( геномики)  определения копий числа вариаций в образце генома.  Способ выявления вариации числа копий в образце генома, включает этапы: секвенирования образца генома, для получения результата секвенирования в виде множества прочтений; картирования результата секвенирования к эталонной геномной последовательности для установления распределения прочтений в эталонной геномной последовательности; определения множества точек разрыва в эталонной геномной последовательности, основанное на распределении прочтений в эталонной геномной последовательности, где число прочтений значимо в обеих сторонах от точек разрыва; определения окна детекции в эталонной геномной последовательности на основе множества точек разрыва; определения пробного параметра на основе прочтений, попадающих в окно детекции; и определения вариации числа копий в окне детекции образца генома на основе различия между пробным параметром и заданным пороговым значением.

           Система содержит секвенатор, анализатор, блок картирования, блок определения точек разрыва, блок определения окна детекции, блок определения параметров, блок обнаружения. Данный метод позволяет определить присутствие разнообразных вариаций числа копий в образце генома

 

Категория сообщения в блог: 

Добавить отзыв