«Это – действительно первый раз, когда мы пошли от вариантов риска, подчеркнутых GWAS к механистическому и молекулярному пониманию – праву вниз на нуклеотид – того, как мутация может способствовать риску развивающейся болезни», говорит Член-учредитель Уайтхеда Рудольф Джэениш, который является также преподавателем биологии в MIT.Приблизительно 90% случаев ФУНТА спорадические; то есть, вызванный сложными взаимодействиями между экологическими и общими генетическими факторами риска. Поскольку ученые испытали затруднения при анализе этих взаимодействий, большая часть исследования сосредоточилась на редких семейных формах болезни.
GWAS, которые определяют общие мутации, которые увеличивают риск развивать конкретное условие, использовались, чтобы изучить спорадический ФУНТ и другие сложные условия, с ограниченным успехом.GWAS сродни геномным картам сокровища, имеющим сотни или тысячи маркировки X общие местоположения мутаций, которые могли быть факторами риска для данного условия.
Однако GWAS не показывают определенные местоположения потенциально патогенных мутаций, и при этом они не указывают, как X на геномной карте способствует, если вообще, к болезни. Например, в спорадическом ФУНТЕ, многократные GWAS указывают на альфа-synuclein ген (SNCA) как одни из самых сильных мест риска в геномах пациентов, все же GWAS содержат мало информации относительно механизма того, как этот ген – dysregulated в спорадических пациентах ФУНТА.
Чтобы видеть, могли ли бы отдаленный ген регулирующие элементы на той же самой хромосоме, несущей SNCA, затронуть клеточные уровни альфы-synuclein, команда исследователей во главе с Франком Солднером, старшим научным сотрудником в лаборатории Jaenisch, исследовала два GWAS-сигнализируемых варианта риска, расположенные в предполагаемом усилителе SNCA. Их результаты описаны онлайн в журнале Nature.
Команда использовала сгруппированные регулярно делавшиеся интервалы короткие палиндромные повторения (CRISPR)/Cas9, чтобы отредактировать мутации в изогенные человеческие плюрипотентные стволовые клетки. Изменяя генетический вариант только на одной хромосоме, другая хромосома остается неизменной и действует как внутренний контроль. Этот метод позволяет ученым измерять очень тонкие эффекты с очень высокой уверенностью, устраняя эффект любых генетических или эпигенетических модификаций и связанных с клеточной культурой изменений, которые могли произойти во время эксперимента.«Наш метод обращается к существенному недостатку GWAS – использование корреляций, произведенных GWAS, Вы не можете отличить эффект между двумя вариантами, которые находятся очень близко друг к другу в геноме», говорит Солднер, который является ведущим автором статьи Природы. «Такая физическая близость означает, что они будут всегда co-segregate во время наследования, которое является, почему мы должны были сделать то, что мы сделали – изменяют и анализируют каждый вариант независимо, сохраняя остальную часть генома абсолютно постоянной».
После дифференциации клеток в нейроны ученые обратили внимание на изменения в выражении SNCA. Хотя одна из мутаций не имеет никакого эффекта, другого, который переключает один нуклеотид с к G, немного но значительно повышает альфа-synuclein производство. Когда по сравнению с расширенным альфа-synuclein производством в семейной форме болезни, скромный эффект, созданный к мутации G, был бы достаточен по целой жизни, чтобы увеличить риск ФУНТА, по данным Soldner.Чтобы видеть, как мутация затрагивает альфа-synuclein производство, исследователи определили два транскрипционных фактора, которые связывают с усилителем, который несет эту мутацию.
Когда усилитель не видоизменен, транскрипционные факторы связывают с ним, который подавляет SNCA. Если у усилителя есть мутация G, транскрипционные факторы неспособны связать с усилителем, и SNCA активирован.Большинство генетических условий спорадическое и вызвано комбинацией мутаций.
Джэениш говорит, что метод, который определил единственную точечную мутацию в усилителе SNCA, мог использоваться, чтобы точно определить дополнительные патогенные гены за спорадический ФУНТ и просеять посредством хитов GWAS для других болезней, включая болезнь Альцгеймера, рак, диабет и рассеянный склероз.