Исследователи Johns Hopkins Medicine проанализировали все генетические последовательности человека с заболеванием рубцевания легких и 13 его родственников. аномально короткие защитные колпачки ДНК на длинных связанных с ней хромосомах.
Ошибка была обнаружена в последовательности ДНК гена ZCCHC8, и она вдвое снижает выработку белка, необходимого для поддержания критической длины этих колпачков, называемых теломерами, говорят исследователи. Это открытие, добавляют они, означает, что дефект, вероятно, станет частью небольшого, но постоянно растущего списка диагностических маркеров так называемых синдромов коротких теломер.
Отчет о работе, посвященной заболеванию, известному как идиопатический фиброз легких (IPF), был опубликован в Интернете в сентябре. 5 в журнале Genes & Разработка.
"Сочетание клинических и молекулярных подходов может оказаться очень эффективным в попытках понять причину генетического заболевания и его биологию," говорит Мэри Арманиос, M.D., профессор онкологии онкологического центра Джонса Хопкинса Киммела и клинический директор Центра теломер в Университете Джонса Хопкинса. "Мы обнаружили, что существует множество генных путей, которые могут нарушить регуляцию длины теломер." За последние 15 лет Арманиос выявил пять из семи генетических ошибок, связанных с теломерами, в семьях с легочным фиброзом. Она говорит, что сейчас восьмой.
IPF встречается примерно у 100 000 человек в США.S., говорит Арманиос, и вызывает рубцевание легких, не связанное с курением или другими факторами окружающей среды. Считается, что примерно каждый пятый человек с ИЛФ имеет наследственную форму заболевания, и половина этих случаев связана с наследственной тенденцией к очень коротким теломерам.
Теломеры защищают концы хромосомной ДНК, как пластиковые трубочки на концах шнурков, и обычно укорачиваются с возрастом. Состоящие из повторяющихся последовательностей ДНК, нормальные теломеры имеют достаточную длину, чтобы противостоять эрозии, которая происходит в течение нормальной продолжительности жизни. Однако некоторые люди рождаются с аномально короткими теломерами, что вызывает проблемы со способностью клеток делиться и размножаться и приводит к целому ряду заболеваний, включая IPF, недостаточность костного мозга, некоторые формы заболеваний печени и рак костного мозга, называемые миелодиспластическими. синдромы.
В предыдущем исследовании Арманиос показал, что знание того, есть ли у человека с ИЛФ короткие теломеры, важно для выбора правильной терапии. Если задействованы короткие теломеры, лечение некоторых заболеваний должно включать снижение доз химиотерапии перед трансплантацией костного мозга, меньшее использование иммунодепрессантов и использование доноров для трансплантации легких и костного мозга, у которых нет генетических ошибок, связанных с теломерами.
По словам Арманиоса, генные ошибки, возникающие в семьях с ИЛФ, обычно редки среди популяций, поэтому их трудно точно определить. "Это похоже на поиск пресловутой иглы в стоге сена," она говорит. Итак, исследователи должны разбить стог сена и изучить генетику отдельных семей, чтобы найти наследственных виновников.
Чтобы найти восьмую мутацию, они выполнили полное секвенирование генома, чтобы изучить последовательности ДНК пациента с IPF и 13 его родственников. Во-первых, они обнаружили, что у некоторых членов семьи был низкий уровень компонента теломеразной РНК, или TR. Это одна из двух биохимических составляющих теломеразы, фермента, удлиняющего теломеры. Чем меньше TR, тем меньше теломеразы доступно для поддержания, восстановления и репарации концевых заглушек ДНК.
Затем исследователи сравнили вариации во всем геноме между членами семьи с низким уровнем TR и членами семьи с нормальным уровнем. Среди измененных участков ДНК у членов семьи с низким уровнем TR Арманиос и ее команда сузили свой поиск до участка ДНК на хромосоме 12, длина которого составляет 17 миллионов пар оснований (из 3 миллиардов пар оснований в геноме человека). Ранее не было известно, что в этой области ген ZCCHC8 выполняет функции, связанные с поддержанием теломер.
Тем не менее, Арманиос и ее команда измерили белок, производимый содержащим ошибку геном ZCCHC8, и обнаружили, что члены семьи с низкими уровнями TR имели половину количества белка ZCCHC8 по сравнению с членами семьи, у которых было нормальное количество TR.
Чтобы определить функцию белка ZCCHC8, команда Арманиоса использовала технологию редактирования генов CRISPR в человеческих клетках и мышах, чтобы обнаружить, что белок обычно обрезает концы TR, чтобы они могли созревать и функционировать как часть теломеразы. Но клетки и мыши, лишенные ZCCHC8, имеют дополнительное количество необработанных TR, что приводит к более короткой версии молекулы, которая больше не может становиться частью теломеразы.
Арманиос говорит, что результаты потенциально могут раскрыть способ разработки методов лечения, которые восстанавливают баланс TR в клетках, чтобы помочь с функцией теломеразы.
В настоящее время врачи, подозревающие, что у человека синдром коротких теломер, могут пройти тестирование на длину теломер и генетическое тестирование, которое включает семь ранее выявленных генных ошибок. Арманиос говорит, что ошибка гена ZCCHC8 будет добавлена к диагностическому тесту гена.
"Мы перешли от знания лишь нескольких генетических ошибок, связанных с небольшим процентом случаев ИЛФ десять лет назад, к пониманию того, что способствует более чем трети семей, ген IPF которых не был охарактеризован, и почти 10% других случаев ИЛФ," говорит Арманиос.