Новые данные о промежуточных CAG-повторах: картирование континуума экспансии

Почему у некоторых людей с промежуточными CAG-повторами, генетической «серой зоной» при болезни Хантингтона, развиваются неврологические симптомы, а у других нет? В этой статье рассматривается недавнее исследование, в котором этот вопрос решался путем поиска соматической экспансии, то есть крошечных изменений в ДНК, у людей с различным размером CAG-повторов. Используя сверхчувствительную исследовательскую технологию на образцах крови, команда обнаружила, что промежуточные CAG-повторы действительно подвержены экспансии, но изменения обычно очень малы. Хотя это подтверждает, что промежуточные повторы являются частью непрерывного спектра генетической нестабильности, исследование не выявило четкой связи между этой экспансией в крови и наличием симптомов. В этой статье рассматривается то, что это новое исследование показывает о генетическом ландшафте БГ.

Серая зона БГ

Болезнь Хантингтона (БГ) развивается, когда у людей происходит повторение генетических букв C-A-G в их гене хантингтина. У людей с 40 или более повторами в течение жизни разовьется заболевание, в то время как у людей с 36-39 повторами ученые называют это «пониженной пенетрантностью», что означает, что у некоторых развиваются симптомы, а у других нет.

Длины повторов 27-35 называются «промежуточными аллелями». «Промежуточный» означает, что повтор находится в диапазоне между тем, что вызовет и не вызовет заболевание, а «аллель» — это копия гена хантингтина, унаследованная от матери или отца. Хотя эти длины повторов не считаются вызывающими заболевание, они представляют собой неопределенность для семей. Эти промежуточные аллели могут расширяться при передаче от родителя к ребенку, потенциально достигая вызывающих заболевание длин в следующем поколении. Кроме того, у некоторых людей с промежуточными числами CAG развиваются неврологические симптомы, несмотря на то, что они находятся ниже традиционного порога БГ.

Эта ситуация помещает промежуточные длины CAG в спорную «серую зону», поднимая фундаментальные вопросы: Что это значит для будущего? Изменяются ли эти последовательности ДНК с течением времени в течение жизни человека? Могут ли такие изменения объяснить, почему у некоторых носителей промежуточных аллелей развиваются симптомы, а у других нет?

Вопрос исследования

Ученые давно знают, что ДНК может изменяться в течение жизни человека посредством различных процессов. Некоторые из них так же просты, как мутации, вызванные повреждением от воздействия солнца, а другие более сложны и менее понятны. Недавняя актуальная тема в исследованиях БГ, связанных с изменениями ДНК, — это процесс, называемый «соматической экспансией».

Соматическая экспансия — это биологический процесс, при котором CAG-повторы могут расширяться в различных клетках тела с течением времени у людей с геном БГ. Интересно, что эти экспансии, как правило, наибольшие в типах клеток мозга, которые наиболее уязвимы к гибели при БГ. Многие исследователи считают, что эти увеличивающиеся CAG-экспансии могут способствовать тому, когда и как развиваются симптомы.

Исследовательская группа под руководством доктора Марии Рамос-Арройо проверила идею о том, что люди с промежуточными CAG-повторами также могут испытывать соматическую экспансию, и что это может объяснить, почему у некоторых носителей промежуточных CAG-повторов развиваются неврологические симптомы, а у других нет. Чтобы проверить эту идею, они использовали сверхчувствительное секвенирование ДНК для изучения 355 человек во всем спектре CAG, включая 191 человека с промежуточной длиной повторов.

Результаты исследования

Сверхчувствительные методы выявляют небольшие изменения

Команда использовала очень чувствительный тест, называемый секвенированием MiSeq (произносится «май сик»), на образцах крови людей в этом исследовании. MiSeq — это метод, достаточно чувствительный для обнаружения изменений ДНК, которые пропустило бы рутинное генетическое тестирование. Из этого команда обнаружила, что люди с промежуточными CAG-повторами действительно испытывают соматическую экспансию. Однако эти изменения довольно малы. Когда происходит экспансия, она обычно ограничивается всего одним или двумя дополнительными CAG-повторами в небольшой части молекул ДНК.

Унаследованная длина важнее времени

Исследователи также обнаружили важную закономерность в том, что влияет на эти экспансии. Длина унаследованного размера CAG-повтора оказывает гораздо большее влияние на соматическую экспансию, чем возраст. Для промежуточных CAG-повторов каждый дополнительный CAG-повтор в унаследованной последовательности оказывал примерно в 40 раз большее влияние на экспансию, чем каждый дополнительный год возраста. Это огромная разница!

Появляется непрерывный паттерн

Результаты напоминают нам, что длина CAG представляет собой непрерывный спектр, а не отдельные категории. Данные показали, что поведение соматической экспансии следует четкому континууму. Люди с более длинными унаследованными CAG-повторами демонстрировали все больше экспансии, причем промежуточные длины CAG естественным образом вписывались между нормальными и вызывающими заболевание длинами. Это подтверждает, что промежуточные длины повторов не являются отдельной биологической категорией, а частью этого большего спектра.

Мозг показывает более высокие темпы экспансии, чем кровь

Когда исследователи изучили ткань мозга одного человека с 33 CAG-повторами, у которого развились симптомы, они обнаружили, что области мозга показали более высокие темпы экспансии, чем кровь, причем область мозга, связанная с движением (скорлупа), показала наибольшие изменения. Это соответствует закономерностям, наблюдаемым у людей с БГ, но важно помнить, что этот анализ был ограничен одним человеком.

Нет четкой связи с симптомами

Важно отметить, что это исследование не выявило четкой связи между соматической экспансией и симптомами у носителей промежуточных CAG-повторов. Исследователи изучили 78 человек с промежуточными длинами CAG, у которых были неврологические симптомы (85% имели двигательные, 27% когнитивные и 29% поведенческие симптомы), но, похоже, не было разницы в уровнях их экспансии в крови по сравнению с бессимптомными носителями. Это говорит о том, что одна только соматическая экспансия не объясняет, почему у этих людей были симптомы БГ, в то время как у других с аналогичными промежуточными длинами CAG их не было.

Что означают эти результаты?

Для носителей промежуточных длин повторов и их семей эти результаты не меняют текущее состояние клинической практики или прогностического тестирования. Поскольку нет четкой связи между уровнем соматической экспансии в крови и наличием неврологических симптомов, это означает, что измерение CAG-экспансий для людей с промежуточными длинами не может быть использовано для прогнозирования будущего здоровья человека. Кроме того, поскольку генетические изменения, связанные с соматической экспансией, обнаруживаются только с помощью передовых методов исследования, они не будут выявлены стандартными генетическими тестами, доступными для семей.

С научной точки зрения, подтверждение непрерывного спектра длин CAG является значительным шагом вперед. Это показывает, что промежуточные длины CAG следуют тем же генетическим процессам, что и длины повторов, вызывающие БГ, только на гораздо более низких уровнях.

Однако все еще существуют препятствия в использовании этих результатов для семей с БГ, чтобы помочь им узнать, разовьются ли у носителей промежуточной длины симптомы заболевания. Дизайн этого исследования отражает только снимок во времени, а не отслеживает людей в течение многих лет, что ограничивает наше понимание того, как развиваются эти изменения. Кроме того, трудность обнаружения этих тонких экспансий ограничивает масштаб исследований, которые могут быть проведены.

Но добавленное знание о том, что CAG-повторы, даже в промежуточном диапазоне, 1) существуют в континууме, 2) также испытывают повторные экспансии и 3) иногда связаны с симптомами, дает исследователям лучшее понимание БГ. С этой информацией ученые могут работать над достижениями, которые в конечном итоге дадут нам лучшее понимание того, что влияет на развитие симптомов.

Будущие направления исследований

Исследователи могут опираться на эти результаты и задавать вопросы о том, кто продолжит развивать симптомы и почему. Для этого ученым необходимо учитывать исследовательские препятствия, выявленные в этом исследовании.

Путь вперед, вероятно, потребует сочетания более детального отслеживания людей с течением времени и более масштабных исследований. Отслеживание людей в течение многих лет позволит исследователям отслеживать как генетические изменения, так и прогрессирование симптомов у одних и тех же людей по мере их старения. Расширение до большего числа людей также было бы ценным, хотя это остается сложной задачей, учитывая специфический характер генетических тестов секвенирования, используемых в этом исследовании. Более доступные биомаркеры могут облегчить проведение более крупных исследований.

Это исследование предоставляет более подробную карту генетического ландшафта гена хантингтина, подтверждая, что даже люди с промежуточными длинами CAG-повторов являются частью континуума соматической нестабильности. Хотя это не устанавливает связь между этой нестабильностью и симптомами, оно четко определяет проблемы и приоритеты для следующих исследовательских шагов, которые могут помочь ученым понять, кто продолжит или не продолжит развивать симптомы.

Резюме

• Соматическая CAG-экспансия происходит в континууме: промежуточные длины CAG показывают небольшую, но обнаруживаемую экспансию, которая соответствует тем же закономерностям, которые мы видим в полных экспансиях БГ.
• Похоже, нет четкой связи между экспансией и симптомами: В рамках этого исследования уровень соматической экспансии в крови не объяснил четко, почему у некоторых людей с промежуточными длинами CAG-повторов развиваются симптомы, а у других нет.
• Необходимы дополнительные исследования: Более крупные исследования, которые отслеживают людей с течением времени, будут иметь важное значение для лучшего понимания развития симптомов у людей с промежуточными длинами CAG-повторов, потенциально улучшенные за счет более доступных биомаркеров.

Подробнее

Оригинальная исследовательская статья «Соматическая нестабильность CAG-повторов в промежуточных аллелях гена HTT и ее потенциальная связь с клиническим фенотипом» (открытый доступ).