Nowe odkrycia dotyczące pośrednich powtórzeń CAG: mapowanie kontinuum ekspansji

Dlaczego u niektórych osób z pośrednimi powtórzeniami CAG, genetyczną „szarą strefą” w chorobie Huntingtona, rozwijają się objawy neurologiczne, podczas gdy u innych nie? Ten artykuł omawia niedawne badanie, które zajęło się tym pytaniem, poszukując ekspansji somatycznej, czyli niewielkich zmian w DNA, u osób z różnymi rozmiarami powtórzeń CAG. Wykorzystując ultraczułą technologię badawczą na próbkach krwi, zespół odkrył, że pośrednie powtórzenia CAG faktycznie doświadczają ekspansji, ale zmiany są zazwyczaj bardzo małe. Chociaż potwierdza to, że pośrednie powtórzenia są częścią ciągłego spektrum niestabilności genetycznej, badanie nie wykazało wyraźnego związku między tą ekspansją we krwi a obecnością objawów. Ten artykuł przedstawia, co to nowe badanie ujawnia na temat genetycznego krajobrazu choroby Huntingtona.

Szara strefa HD

Choroba Huntingtona (HD) rozwija się, gdy ludzie mają powtórzenie liter genetycznych C-A-G w genie huntingtyny. Osoby z 40 lub więcej powtórzeniami zachorują na chorobę w ciągu swojego życia, podczas gdy osoby z 36-39 powtórzeniami mają to, co naukowcy nazywają „zmniejszoną penetracją”, co oznacza, że u niektórych rozwijają się objawy, a u innych nie.

Długości powtórzeń od 27 do 35 nazywane są „allelami pośrednimi”. „Pośrednie” oznacza, że powtórzenie mieści się w zakresie, który spowoduje lub nie spowoduje choroby, a „allel” to kopia genu huntingtyny, którą ktoś odziedziczył po mamie lub tacie. Chociaż te długości powtórzeń nie są uważane za chorobotwórcze, stanowią niepewność dla rodzin. Te allele pośrednie mogą ulec ekspansji, gdy są przekazywane z rodzica na dziecko, potencjalnie osiągając długości chorobotwórcze w następnym pokoleniu. Ponadto, niektóre osoby z pośrednimi liczbami CAG rozwijają objawy neurologiczne, mimo że są poniżej tradycyjnego progu choroby Huntingtona.

Ta sytuacja umieszcza pośrednie długości CAG w kontrowersyjnej „szarej strefie”, rodząc fundamentalne pytania: Co to oznacza dla przyszłości? Czy te sekwencje DNA zmieniają się w ciągu życia człowieka? Czy takie zmiany mogłyby wyjaśnić, dlaczego u niektórych nosicieli alleli pośrednich rozwijają się objawy, a u innych nie?

Pytanie badawcze

Naukowcy od dawna wiedzą, że DNA może zmieniać się w ciągu życia człowieka, poprzez różne procesy. Niektóre są tak proste, jak mutacje spowodowane uszkodzeniami od ekspozycji na słońce, a inne są bardziej skomplikowane i mniej zrozumiałe. Niedawny gorący temat w badaniach nad chorobą Huntingtona dotyczący zmian w DNA to proces zwany „ekspansją somatyczną”.

Ekspansja somatyczna to proces biologiczny, w którym powtórzenia CAG mogą się rozszerzać w różnych komórkach ciała z czasem u osób z genem HD. Co ciekawe, te ekspansje są zazwyczaj największe w typach komórek mózgowych, które są najbardziej podatne na śmierć w HD. Wielu badaczy uważa, że te rosnące ekspansje CAG mogą przyczyniać się do tego, kiedy i jak rozwijają się objawy.

Zespół badawczy kierowany przez dr Marię Ramos-Arroyo przetestował ideę, że osoby z pośrednimi powtórzeniami CAG mogą również doświadczać ekspansji somatycznej i że mogłoby to wyjaśnić, dlaczego niektórzy nosiciele pośrednich powtórzeń CAG rozwijają objawy neurologiczne, a inni nie. Żeby przetestować tę ideę, użyli ultraczułego sekwencjonowania DNA do zbadania 355 osób w całym spektrum CAG, w tym 191 osób z pośrednimi długościami powtórzeń.

Wyniki badania

Ultraczułe techniki ujawniają małe zmiany

Zespół zastosował bardzo czuły test, zwany sekwencjonowaniem MiSeq (wymawiane „maj sik”), na próbkach krwi od osób biorących udział w tym badaniu. MiSeq to technika wystarczająco czuła, aby wykryć zmiany w DNA, które rutynowe testy genetyczne by przeoczyły. Dzięki temu zespół odkrył, że osoby z pośrednimi powtórzeniami CAG doświadczają ekspansji somatycznej. Jednak te zmiany są dość małe. Kiedy dochodzi do ekspansji, zazwyczaj ogranicza się ona do zaledwie jednego lub dwóch dodatkowych powtórzeń CAG w niewielkiej frakcji cząsteczek DNA.

Odziedziczona długość ma większe znaczenie niż czas

Badacze znaleźli również ważny wzorzec w tym, co wpływa na te ekspansje. Długość odziedziczonego rozmiaru powtórzeń CAG ma znacznie silniejszy wpływ na ekspansję somatyczną niż wiek. Dla pośrednich powtórzeń CAG każde dodatkowe powtórzenie CAG w odziedziczonej sekwencji miało około 40 razy większy wpływ na ekspansję niż każdy dodatkowy rok wieku. To ogromna różnica!

Pojawia się ciągły wzorzec

Wyniki przypominają nam, że długość CAG reprezentuje ciągłe spektrum, a nie odrębne kategorie. Dane ujawniły, że zachowanie ekspansji somatycznej podąża za wyraźnym kontinuum. Osoby z dłuższymi odziedziczonymi powtórzeniami CAG wykazywały stopniowo większą ekspansję, z pośrednimi długościami CAG mieszczącymi się naturalnie między normalnymi a wywołującymi chorobę długościami. To potwierdza, że powtórzenia o pośredniej długości nie są oddzielną kategorią biologiczną, ale częścią tego większego spektrum.

Mózg wykazuje wyższe wskaźniki ekspansji niż krew

Gdy badacze zbadali tkankę mózgową od jednej osoby z 33 powtórzeniami CAG, która rozwinęła objawy, odkryli, że regiony mózgu wykazywały wyższe wskaźniki ekspansji niż krew, z obszarem mózgu związanym z ruchem (skorupą) wykazującym największą zmianę. To pasuje do wzorców obserwowanych u osób z HD, ale ważne jest, żeby pamiętać, że ta analiza była ograniczona do jednej osoby.

Brak wyraźnego związku z objawami

Co ważne, to badanie nie znalazło wyraźnego związku między ekspansją somatyczną a objawami u nosicieli pośrednich powtórzeń CAG. Badacze zbadali 78 osób z pośrednimi długościami CAG, które miały objawy neurologiczne (85% miało objawy ruchowe, 27% poznawcze i 29% behawioralne), ale nie wydawało się być różnicy w ich poziomach ekspansji we krwi w porównaniu z nosicielami bez objawów. To sugeruje, że sama ekspansja somatyczna nie wyjaśnia, dlaczego te osoby miały objawy HD, podczas gdy inne z podobnymi pośrednimi długościami CAG nie miały.

Co oznaczają te wyniki?

Dla nosicieli pośrednich długości powtórzeń i ich rodzin te odkrycia nie zmieniają obecnego stanu praktyki klinicznej ani testów predykcyjnych. Ponieważ nie ma wyraźnego związku między poziomem ekspansji somatycznej we krwi a obecnością objawów neurologicznych, oznacza to, że mierzenie ekspansji CAG dla osób z pośrednimi długościami nie może być używane do przewidywania przyszłego zdrowia danej osoby. Ponadto, ponieważ zmiany genetyczne dotyczące ekspansji somatycznej są wykrywalne tylko za pomocą zaawansowanych metod badawczych, nie zostałyby zidentyfikowane przez standardowe testy genetyczne dostępne dla rodzin.

Z naukowego punktu widzenia potwierdzenie ciągłego spektrum długości CAG to znaczący krok naprzód. Pokazuje, że pośrednie długości CAG podążają za tymi samymi procesami genetycznymi co długości powtórzeń wywołujące HD, tylko na znacznie niższych poziomach.

Jednak nadal istnieją przeszkody w wykorzystaniu tych odkryć dla rodzin HD, żeby pomóc im wiedzieć, czy nosiciele pośrednich długości rozwiną objawy choroby. Projekt tego badania uchwytuje tylko migawkę w czasie, a nie śledzi osoby przez lata, ograniczając nasze zrozumienie tego, jak te zmiany się rozwijają. Dodatkowo trudność w wykrywaniu tych subtelnych ekspansji ogranicza skalę badań, które można przeprowadzić.

Ale dodatkowa wiedza, że powtórzenia CAG, nawet w zakresie pośrednim, 1) istnieją w kontinuum, 2) również doświadczają ekspansji powtórzeń i 3) są czasami związane z objawami, daje badaczom lepsze zrozumienie HD. Z tą informacją naukowcy mogą pracować nad postępami, które w końcu dadzą nam lepsze zrozumienie tego, co wpływa na rozwój objawów.

Przyszłe kierunki badań

Badacze mogą budować na tych odkryciach i zadawać pytania o to, kto będzie rozwijał objawy i dlaczego. Żeby to zrobić, naukowcy muszą rozważyć przeszkody badawcze zidentyfikowane w tym badaniu.

Droga naprzód prawdopodobnie będzie wymagała kombinacji bardziej szczegółowego śledzenia ludzi w czasie i badań na większą skalę. Śledzenie osób przez wiele lat pozwoliłoby badaczom śledzić zarówno zmiany genetyczne, jak i progresję objawów u tych samych ludzi, gdy się starzeją. Rozszerzenie na większą liczbę osób również byłoby wartościowe, chociaż pozostaje to wyzwaniem ze względu na specyficzny charakter testów sekwencjonowania genetycznego używanych w tym badaniu. Bardziej dostępne biomarkery mogłyby ułatwić większe badania.

To badanie dostarcza bardziej szczegółowej mapy krajobrazu genetycznego genu huntingtyny, potwierdzając, że nawet osoby z pośrednimi długościami powtórzeń CAG są częścią kontinuum niestabilności somatycznej. Chociaż nie ustala związku między tą niestabilnością a objawami, wyraźnie definiuje wyzwania i priorytety dla następnych kroków badawczych, które mogłyby pomóc naukowcom zrozumieć, kto będzie lub nie będzie rozwijał objawów.

Podsumowanie

• Ekspansja somatyczna CAG występuje w kontinuum: Pośrednie długości CAG wykazują małą, ale wykrywalną ekspansję, która pasuje do tych samych wzorców, które widzimy w pełnych ekspansjach HD.
• Nie wydaje się być wyraźnego związku między ekspansją a objawami: W zakresie tego badania poziom ekspansji somatycznej we krwi nie wyjaśniał wyraźnie, dlaczego niektóre osoby z pośrednimi długościami powtórzeń CAG rozwijają objawy, a inne nie.
• Potrzeba więcej badań: Większe badania, które śledzą ludzi w czasie, będą niezbędne do lepszego zrozumienia rozwoju objawów u osób z pośrednimi długościami powtórzeń CAG, potencjalnie ulepszone przez bardziej dostępne biomarkery.

Dowiedz się więcej

Oryginalny artykuł badawczy: „Niestabilność somatycznych powtórzeń CAG w allelach pośrednich genu HTT i jej potencjalny związek z fenotypem klinicznym” (otwarty dostęp).