Команда под руководством ученого из Scripps Research изобрела новую методику геномики для отслеживания причин редких генетических заболеваний.

Техника, о которой исследователи сообщают в Science использует тот факт, что люди наследуют две копии или «аллели» практически каждого гена, один от матери и один от отца. Новый метод сравнивает уровни активности материнских и отцовских аллелей по всему геному и определяет, когда активность аллеля находится достаточно далеко за пределами нормального диапазона, чтобы быть вероятной причиной заболевания.

Исследователи продемонстрировали свою технику, используя ее для выявления болезнетворных генов у пациентов с редкими мышечными дистрофиями.

Добавление этого метода в наш инструментарий должно позволить нам выявлять причины редких генетических заболеваний в некоторых случаях, когда стандартные методы не дают результатов ».

Пейман Мохаммади, доктор философии, первый автор исследования и доцент кафедры интегративной структурной и вычислительной биологии в Scripps Research

Мохаммади начал работать над проектом в качестве постдокторского научного сотрудника в лаборатории Лаппалайнена в Нью-Йоркском центре генома и Колумбийском университете. После присоединения к Scripps Research в 2018 году он продолжил исследования совместно с лабораторией Лаппалайнена.

Команда была сосредоточена на поиске лучшего способа выявления редких генетических заболеваний, которые возникают в раннем возрасте и могут быть значительно изнурительными или даже опасными для жизни. Стандартные методы секвенирования генов и их транскриптов – применяемые к пострадавшему человеку и членам семьи – обычно могут выявить причину, но только если очевидны мутации гена, вызывающего заболевание, которые приводят к отсутствию или сильному усечению белков

.

По крайней мере половина редких генетических заболеваний имеет более тонкие причины, которые не могут быть обнаружены стандартными методами, говорит Мохаммади. Например, мутация может повлиять на область ДНК, которая сама по себе не является геном, но участвует в регуляции активности гена, и в результате нарушение регуляции активности этого гена может привести к заболеванию.

Метод, разработанный Мохаммади и его коллегами, использует данные транскрипции генов для выявления различий в уровнях активности материнских и отцовских аллелей. Многие редкие генетические заболевания возникают в результате мутаций ДНК, затрагивающих один аллель гена. Сравнение активности материнских и отцовских аллелей, которые разделяют одну и ту же молекулярную среду в одних и тех же клетках одного и того же человека, является более чувствительным подходом, чем сравнение активности генов одного человека с активностью другого – поскольку любые два человека будут отличаться многими другими смешанными факторами которые влияют на активность генов помимо их генетического фона.

«Даже если у вас был идентичный близнец, тот факт, что этим утром близнец съел гамбургер, а вы не создали различий между вами в уровнях активности многих генов», – говорит Мохаммади.

Чтобы помочь оценить, когда активность аллеля действительно аномальна, метод включает в себя вычисление, исходя из общедоступных данных о транскрипции генов, нормального, здорового диапазона различий в активности аллеля по материнской линии и по отцовской линии – для каждого гена.

Метод, названный ANEVA-DOT (анализ изменения экспрессии – тест на выброс дозы), можно использовать для идентификации нескольких генов у каждого человека с явно аномальными уровнями экспрессии в одном аллеле.

«Это может сказать вам, что есть 10 или 20 генов с уровнями активности аллелей, которые находятся далеко в прошлом, и вы можете последовать, чтобы определить, какой из них вызывает заболевание – но по сравнению с другими методами, он резко сокращает количество генов, которые вы должны проанализировать таким образом », – говорит Мохаммади.

Он и его коллеги продемонстрировали метод ANEVA-DOT, применив его к группе пациентов с генетическими заболеваниями типа мышечной дистрофии. Они успешно выявили связанные с болезнью гены в тех случаях, когда уже был поставлен диагноз и ожидаемый значительный дисбаланс в активности аллелей. Во многих невыявленных случаях методика ANEVA-DOT раскрыла короткий список вероятных генов, связанных с заболеваниями, связанных с мышцами. В одном случае, который был разрешен к тому времени, когда исследователи представили свою статью, подозрительный ген, обнаруженный ANEVA-DOT, был подтвержден как ген болезни.

Ученые сейчас используют ANEVA-DOT, чтобы помочь детской больнице Сан-Диего в диагностике генетических заболеваний у новорожденных.