Исследования, проведенные врачами и учеными Джона Хопкинса, показывают, что тест для измерения длины концов ДНК, называемых теломерами, с вариабельностью 5 процентов, может изменить решения о лечении пациентов с определенными типами недостаточности костного мозга.
В отчете, опубликованном в феврале. В 20 выпуске Proceedings of the National Academy of Sciences исследователи обнаружили, что результаты тестирования длины теломер также могут помочь выявить людей, которые подвержены повышенному риску развития заболеваний, связанных с короткими теломерами.
По словам Мэри Арманиос, группа наследственных заболеваний, которые обычно проявляются в виде рубцевания легких, называемого легочным фиброзом или недостаточностью костного мозга, характеризуется очень короткими теломерами.D., профессор онкологии онкологического центра Джонса Хопкинса Киммела и клинический директор Центра теломер в Университете Джонса Хопкинса.
По данным Арманиоса, по крайней мере, от 5000 до 10000 американцев страдают заболеваниями, связанными с короткими теломерами. "Эти заболевания поражают столько же людей, сколько и определенные типы лейкемии, и мы думаем, что их распространенность может быть выше, чем текущие оценки," она добавляет.
"Наша цель состояла в том, чтобы создать клинически надежный инструмент для измерения длины теломер в условиях больницы и сделать его доступным для врачей и их пациентов для точной диагностики и рекомендаций по лечению," говорит Арманиос.
Теломеры защищают концы ДНК, как пластиковые трубки 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 клетки. Клетки с очень короткими теломерами могут быстрее пройти через эти концевые крышки, что может привести к определенным заболеваниям. Помимо легочного фиброза и недостаточности костного мозга, люди с короткими теломерами склонны к развитию эмфиземы, заболеваний печени, миелодиспластического синдрома и других видов рака.
"Типичные клинические данные и текущие тесты вряд ли позволят идентифицировать большинство пациентов с очень короткими теломерами," говорит Арманиос, "поэтому для диагностики этого состояния необходимы молекулярные тесты, особенно потому, что эти пациенты в больницах или клинических условиях более восприимчивы к побочным эффектам обычных лекарств и процедур."
В "поток-РЫБА" тест, который означает проточную цитометрию и флуоресцентную гибридизацию in situ, специально измеряет длину теломер в каждой клетке в образце крови пациента. Тест был разработан в 2006 году канадским исследователем Питером Лансдорпом, М.D., Ph.D. В методе flowFISH ученые проделывают крошечные отверстия в ядре каждой клетки и проникают во флуоресцентно меченую ДНК, которая прикрепляется к теломерам. Затем ученые используют метод, называемый проточной цитометрией, для определения типов клеток в каждом образце крови и количественной оценки флуоресцентного сигнала в клетках по очереди.
В рамках текущего исследования Арманиос работал с Джонатаном Алдером, доктором наук.D., ранее Джонса Хопкинса, а теперь из Университета Питтсбурга и других коллег из Джонса Хопкинса, чтобы использовать тест flowFISH для определения диапазона нормальной длины теломер среди 192 здоровых людей. Все испытуемые были набраны из больницы Джонса Хопкинса. В эту контрольную группу вошли образцы крови, взятые у новорожденных в возрасте до 82 лет.
Команда Джона Хопкинса сравнила данные из Балтимора со значениями, опубликованными исследователями из Ванкувера, Канада, которые также использовали тест flowFISH для измерения длины теломер у 444 здоровых людей.
Обе группы из Балтимора и Ванкувера имели схожие значения, в пределах 5 процентов друг от друга. Более того, диапазоны нормальной длины теломер, которая составляет от 8 до 13 килобаз ДНК при рождении, также были аналогичными.
"Мы считаем, что такой уровень воспроизводимости и точности инструмента для измерения длины теломер идеально подходит для клинических условий," Заметки Арманиоса.
Затем исследователи измерили длину теломер у 100 человек из 60 семей, которые, как известно, несут мутации в генах, связанных с теломерами и связанным с ними ферментом теломеразой. Из них 73 имели симптомы заболеваний, связанных с короткими теломерами, а 27 не имели симптомов. Из 73 пациентов 21 человек с недостаточностью костного мозга был в среднем на три десятка лет моложе 41 человека с легочным фиброзом или эмфиземой. Среди этой группы пациентов у пациентов с самыми короткими теломерами симптомы заболевания развивались в более молодом возрасте – в детстве и подростковом возрасте, – чем у пациентов с более легкими дефектами теломер.
Кроме того, среди 38 детей и взрослых пациентов с недостаточностью костного мозга по неизвестной причине, которые были замечены в больнице Джона Хопкинса в период с 2012 по 2014 год, команда Арманиоса с помощью flowFISH обнаружила, что у 10 из них были очень короткие теломеры. У девяти из этих пациентов врачи решили изменить свое лечение на менее суровые методы лечения, включая трансплантацию костного мозга с уменьшенными дозами химиотерапии, меньшее использование иммунодепрессантов или скрининг доноров трансплантата на наличие дефектов в генах, связанных с теломерами.
"Измерение теломер должно быть точным и воспроизводимым, но еще важнее то, как эту информацию можно использовать для принятия решений о лечении," говорит Кэрол Грейдер, доктор философии.D., профессор Дэниела Натанса и директор Департамента молекулярной биологии и генетики Университета Джонса Хопкинса. Грейдер открыл теломеразу, фермент, контролирующий удлинение теломер, в 1984 году и разделил Нобелевскую премию по физиологии и медицине 2009 года с Элизабет Блэкберн и Джеком В. Шостак за находку.
Арманиос считает, что пациенты с определенными формами необъяснимых низких показателей крови должны пройти тест FISH, чтобы помочь их врачам выбрать лучший курс лечения.
Недавно некоторые компании представили общественности другой тип теста на длину теломер с идеей, что длина теломер человека может предсказать его биологические "возраст."
В этих внебиржевых тестах на длину теломер используется инструмент, называемый количественной полимеразной цепной реакцией (кПЦР). Метод объединяет клетки в образце крови пациента, извлекает их ДНК, амплифицирует ДНК и измеряет количество повторяющихся последовательностей ДНК, обнаруженных в пуле ДНК.
Исследование Арманиоса, а также других групп, продемонстрировало, что количественная ПЦР-тестирование длины теломер имеет коэффициент вариабельности до 20 процентов в зависимости от дня проведения теста и от лаборатории к лаборатории.
Арманиос считает, что такие внебиржевые тесты на теломеры не дают людям точной или действенной информации. "В пределах нормального диапазона длины теломер невозможно определить точный биологический возраст человека и не является хорошим маркером его «молодости»" она добавляет. "Кроме того, мнение о том, что очень длинные теломеры лучше для вашего здоровья, может не соответствовать действительности. Данные свидетельствуют о том, что такие длинные теломеры могут быть связаны с повышенным риском рака."
Тест qPCR стоит около 100 долларов для обработки одного образца крови, по сравнению с 400 долларов для flowFISH.
По словам Арманиоса, Джонс Хопкинс считается единственным U.S. больница предложит тестирование длины теломер flowFISH.