Новости и мнения

Исследователи анализируют эпигенетические сигнатуры для диагностики редких заболеваний

Ряд редких заболеваний обнаруживают уникальные эпигенетические паттерны в геноме, которые исследователи теперь используют для создания диагностического инструмента.

Современные методы генетического тестирования часто не позволяют диагностировать педиатрических пациентов с задержкой развития, умственной отсталостью или врожденными аномалиями. Иногда это происходит потому, что некоторые генетические варианты технически очень трудно обнаружить. В других случаях тесты выявляют генетические мутации, которые врачи просто не знают, как интерпретировать: неясно, являются ли они патогенными, поэтому невозможно сказать, связаны ли они с какой-либо болезнью.

За последние несколько лет исследователи обнаружили, что некоторые редкие состояния, связанные с этими симптомами, вызваны мутациями в эпигенетических генах, таких как те, которые кодируют гистон-модифицирующие ферменты или компоненты механизма метилирования ДНК. Это приводит к широкомасштабным нарушениям паттернов метилирования по всему геному, создавая отчетливую «эпигнатуру».

Теперь команда канадских и американских ученых разработала вычислительный инструмент, который может диагностировать 14 редких наследственных заболеваний на основе эпигнатуры пациента. Свои результаты они сообщают сегодня (28 марта) в Американском журнале генетики человека . Исследователи надеются, что этот инструмент окажется полезным в получении большего количества клинических диагнозов для пациентов с такими состояниями.

«В генетике много раз, когда мы проходим всю работу, и у нас до сих пор нет ответа для семьи», – говорит Джилл Фарнер , врач и доцент кафедры педиатрии и генетики в Johns Hopkins Medicine, которая обсуждал сотрудничество с группой, но не участвовал в новом исследовании. «Вероятно, есть много условий, которые приводят к нарушению эпигенетики, и я думаю, что этот инструмент может быть одной из тех вещей, которые помогают нам идентифицировать их».

Это мощно, если у них одно из этих заболеваний.

– Эндрю Шарп, медицинский факультет Икан на горе Синай

Чтобы разработать инструмент, команда собрала образцы ДНК периферической крови у 383 пациентов с окончательным диагнозом одного из 14 нарушений нейро-развития или врожденных нарушений. К ним относятся, например, синдромы Кабуки, Уильямса, Сотоса и Николаидеса-Барайцера, характеризующиеся различной степенью умственной отсталости и определенными физическими особенностями. Команда сосредоточилась на этих условиях, потому что, как известно, они вызваны дефектами в генах, регулирующих хроматин, объясняет Беким Садикович , старший автор и клинический молекулярный генетик в Западном университете в Лондоне, Онтарио.

Он и его коллеги использовали коммерческий массив метилирования, чтобы охарактеризовать паттерн метилирования по геномам пациентов. Для каждого синдрома они идентифицировали 1000 лучших локусов с наиболее значительными различиями метилирования по сравнению со здоровой контрольной группой. Используя данные 75 процентов пациентов, они обучили алгоритм машинного обучения – тип искусственного интеллекта – чтобы различать 14 состояний. Тестирование алгоритма на оставшихся 25 процентах пациентов показало, что оно было правильным примерно в 99 процентах случаев.

Чтобы опробовать инструмент в клиническом сценарии, команда применила его к 67 пациентам, подозреваемым, но не доказавшим, что у них одно из 14 состояний. Для 21 из них эпигенетическая сигнатура нашла совпадение. Некоторые классификации соответствовали предполагаемым диагнозам клиницистов, а другие – нет. В большинстве из 21 случая команда смогла проверить правильность заключения инструмента с помощью дальнейших генетических тестов по конкретным заболеваниям. Что касается остальных пациентов, у которых не было совпадения эпизигнатуры с одним из 14 заболеваний, «возможно, у них может быть другое состояние, для которого эпигнатура еще не определена», – пишет Садикович в журнале « The Scientist». электронное письмо.

Затем группа применила эту модель к когорте из почти 1000 пациентов, которые прошли обширное генетическое тестирование, такое как массив номеров копий или секвенирование экзома. Инструмент диагностировал 15 пациентов с одним из состояний – все, кроме одного, были подтверждены дополнительными, специфическими для болезни тестами.

Чтобы выяснить, были ли у остальных пациентов какие-либо другие нарушения, связанные с метилированием, исследователи специально искали сегменты генома с паттернами метилирования, отличающимися от контрольной группы, состоящей из почти 3000 здоровых геномов. Например, они обнаружили, что еще 7 человек имеют дефект импринтинга, условия, которые приводят к усилению или потере функции в импринтированном гене. Команда также нашла 106 пациентов, которые имели редкие эпи-варианты, отдельные локусы с патологическими паттернами метилирования ДНК, которые в некоторых случаях, по-видимому, были связаны с фенотипом пациентов.

В целом, по оценкам Садиковича, этот подход может увеличить частоту клинических диагнозов редких наследственных заболеваний на 3–5 процентов. Основным преимуществом является возможность диагностировать пациентов, у которых предыдущее генетическое тестирование оказалось «вариантом неизвестного клинического значения», объясняет он. В этих случаях неясно, являются ли мутации причиной заболевания или это просто доброкачественные полиморфизмы. Как правило, выяснение требует функциональных исследований гена или семейных исследований, чтобы установить, наследуется ли вариант вместе с фенотипами. Когда эти варианты невозможны или проваливаются, врачи зашли в тупик. Инструмент может определить, есть ли у пациента эпигнатура для данного заболевания, и является ли конкретный вариант причиной заболевания или нет.

Садикович и его коллеги уже лицензировали этот инструмент для двух диагностических лабораторий в ЕС и США и планируют запустить его в коммерческую эксплуатацию на следующей неделе на ежегодном собрании Американского колледжа медицинской генетики .

Фарнер, работающая в специализированной клинике по эпигенетике и хроматину, говорит, что, по ее мнению, этот инструмент может оказаться особенно полезным для пациентов с очень неспецифическими симптомами. Например, его можно использовать в качестве первичного диагноза параллельно с рутинным генетическим анализом. «Если кто-то придет с неопределенными характеристиками, такими как задержка в развитии, я мог бы увидеть, как мы посылаем массив SNP для поиска изменений числа копий, а также этот массив метилирования ДНК, который будет искать такие вещи, как Fragile X» и другие расстройства, – говорит она. «Одним из преимуществ этого типа теста является то, что вам не нужно отправлять три разных теста», чтобы исследовать каждый подозреваемый диагноз в отдельности, добавляет она.

Садикович говорит, что он надеется, что со временем показатель успеха его инструмента улучшится, так как будет выявлено больше условий, имеющих такие эпизоды. Он подозревает, что существует гораздо больше, но для их характеристики требуется больше данных. Например, не известно ни одной эпигнатуры нарушения Ретта, хотя это часто вызывается мутациями в гене, кодирующем белок, связывающий метилирование. «Чем больше данных, тем лучше подходы такого типа. , , , Я думаю, что мы здесь на вершине айсберга.

Эндрю Шарп , профессор генетики и геномики в Медицинской школе Икан на горе Синай, который также не принимал участия в исследовании, согласен с этим. «Я предполагаю, что будет ряд или другие заболевания, в которых есть четкая эпигенетическая сигнатура, связанная с мутациями в определенных генах, поэтому, вероятно, подмножество людей, которые могут быть обнаружены с помощью этой техники, со временем будет расти».

На данный момент, однако, этот подход полезен только для очень небольшой доли пациентов, у которых предыдущие генетические тесты были неубедительными, и только если у них есть определенный набор условий. «Это мощно, если у них одна из этих болезней», – говорит Шарп.

E. Aref-Eshghi et al., «Диагностическая полезность тестирования метилирования ДНК по всему геному у генетически нерешенных людей с подозреваемыми наследственными заболеваниями», Am J Human Genet , doi: 10.1016 / j.ajhg.2019.03.008, 2019.

Обсуждение

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *