Yeni Test Yaklaşımıyla Tanımlanan Yeni Demans Risk Genleri

Özet: Araştırmacılar, Alzheimer hastalığı ve ilerleyici supranükleer felç (PSP) için çok sayıda yeni risk geni tanımladı.

Kaynak: UCLA

UCLA liderliğindeki yeni bir çalışma, tek bir deneyde genetik varyantların toplu olarak taranmasına izin veren yeni test yöntemlerinin bir kombinasyonunu kullanarak Alzheimer hastalığı ve ilerleyici supranükleer felç (PSP) adı verilen nadir, ilişkili bir beyin bozukluğu için birden fazla yeni risk geni tanımladı.

Dergide bugün yayınlanan çalışma Bilimayrıca, ortak genetik varyantların, bireysel olarak hastalık üzerinde çok küçük bir etkiye sahipken, toplu olarak genom boyunca spesifik transkripsiyonel programları bozarak hastalık riskini nasıl artırabileceğini gösteren gözden geçirilmiş, yeni bir model sunar.

Tipik olarak, araştırmacılar, hastalık riskini artıran genetik varyantları belirlemek için geniş bir insan grubunun genomlarını araştırdıkları genom çapında ilişkilendirme çalışmalarına (GWAS) güvendiler. Bu, bir hastalıkla ilişkili kromozom veya lokus boyunca belirteçler için test edilerek yapılır.

Ortalama olarak her lokusta, ortak kalıtsal olan ve dolayısıyla hastalıkla ilişkilendirilen düzinelerce ve bazen yüzlerce veya binlerce ortak genetik belirteç bulunur; bu da, hangilerinin hastalığa neden olan fonksiyonel varyantlar olduğunu belirlemeyi zorlaştırır.

Nedensel varyantları ve etkiledikleri genleri belirlemek, modern genetik ve biyotıpta büyük bir zorluktur. Bu çalışma, bu sorunun üstesinden gelmek için verimli bir yol haritası sunmaktadır.

Bu çalışma için yazarlar, nörodejeneratif hastalığı incelemek için yüksek verimli testlerin bilinen ilk kullanımlarından birini gerçekleştirdiler. Yazarlar, Alzheimer ile ilişkili 25 lokusta ve Alzheimer’dan çok daha nadir görülen ancak benzer bir patolojiye sahip nörolojik bir hastalık olan PSP ile ilişkili dokuz lokusta 5.706 genetik varyantı eşzamanlı olarak test etmek için büyük ölçüde paralel raportör tahlilleri (MPRA’lar) yürüttüler.

Bu testten, yüksek güvenilirliğe sahip yazarlar, işlevsel olan 320 genetik varyantı tanımlayabildiler. Sonuçları doğrulamak için, birden fazla hücre türündeki bu yüksek güvenilir varyantların 42’sinde havuzlanmış bir CRISPR ekranı çalıştırdılar.

“Birinin bir seferde bir deney yapmak yerine, bir tür havuzlanmış formatta binlerce deneyi paralel olarak yaptığı yüksek verimli biyoloji yürütmesine izin veren birden fazla ilerlemeyi birleştirdik.

Çalışmanın ilgili yazarı ve Gordon ve Virginia MacDonald Seçkin Profesör Dr. Dan Geschwind, “Bu, bir hastalıkla ilişkili binlerce genetik varyanttan hangilerinin işlevsel olduğunu ve hangi genleri etkilediğini belirlemeye nasıl geçeceğimize dair bu zorluğa yaklaşmamızı sağlıyor” dedi. UCLA’da İnsan Genetiği, Nöroloji ve Psikiyatri Bölümü.

Verileri, Alzheimer için C4A, PVRL2 ve APOC1 dahil olmak üzere birkaç yeni risk genini ve PSP için diğer yeni risk genlerini (PLEKHM1 ve KANSL1) içeren kanıtlar sağladı. Yazarlar ayrıca önceden tanımlanmış birkaç risk lokusunu doğrulayabildiler. Geschwind, sonraki adımların yeni tanımlanan risk genlerinin hücrelerde ve model sistemlerde nasıl etkileşime girdiğini incelemek olacağını söyledi.

Geschwind, çalışmanın yüksek verimli testlerin daha fazla araştırma için “çok verimli” bir yol haritası sağlayabileceğine dair ilke kanıtı sağladığını söyledi, ancak bu yaklaşımların bu çalışmada olduğu gibi daha hedefli deneylerle düşünceli bir şekilde eşleştirilmesi gerektiğini vurguladı.

“Bu başarı, model sistemlerde bireysel genleri inceleyen bu tür ayrıntılı, dikkatli deneyleri atabileceğimiz anlamına gelmiyor” dedi. “Bu sadece GWAS ile hastalık mekanizmalarını anlamak arasında önemli bir adım sağlıyor.”

Araştırmanın baş yazarı Yonatan Cooper, araştırmacıların benimsediği yaklaşımların kombinasyonunun, bulgularına daha fazla güvendiğini ve aynı zamanda insan genetik varyasyonunu yorumlamanın doğasında var olan zorluğun altını çizdiğini söyledi.

MD/Ph.D olan Cooper, “Birden çok metodolojinin entegrasyonunun, hem araştırma hem de klinik alanlarda hastalıkla ilgili varyasyonları açıklayan gelecekteki çalışmalar için kritik olacağına inanıyoruz” dedi. UCLA’nın David Geffen Tıp Okulu’nda Tıp Bilimcisi Eğitim Programı adayı.

Yazarlar ayrıca, PSP’de, belirli hücre tiplerinde birlikte çalıştığı bilinen, esasen genleri açıp kapatan bir çekirdek transkripsiyon faktörleri setini bozmak için hastalıkla ilişkili çoklu lokusların ek olarak hareket ettiği en az bir mekanizma gösterebildiler. .

Geschwind, bunun genom boyunca yer alan ortak genetik varyasyonun belirli hücre tiplerinde belirli düzenleyici ağları etkilediğini gösterdiğini söyledi. Bu bulgunun yeni potansiyel ilaç hedeflerini belirlediğini ve bir geni hedeflemek yerine bir gen ağını hedeflemenin etkili bir yaklaşım olabileceğini öne sürdüğünü söyledi.

Geschwind, “Tedavilerin yeni bir aşamasına giriyoruz – ağları hedeflemeyi düşünmek akla yatkın olmaya başlıyor” dedi.

Bu genetik araştırma haberi hakkında

Soyut

Fonksiyonel düzenleyici varyantlar, demansta farklı transkripsiyonel ağları içerir

GİRİİŞ

Genom çapında ilişkilendirme çalışmalarının (GWAS’lar) yaygın olarak benimsenmesi, karmaşık özelliklerle ilişkili genetik lokusların saptanmasında devrim yarattı. Bununla birlikte, genotip-fenotip ilişkilerinin altında yatan nedensel varyantların ve mekanizmaların tanımlanması, büyük bir zorluk teşkil etmektedir, çünkü en yaygın duyarlılık lokusları, kodlamayan genomik bölgelerde bulunur ve bağlantı dengesizliği (LD) nedeniyle birçok ilişkili polimorfizmden oluşur. Büyük ölçüde paralel raportör tahlilleri (MPRA’lar), kodlamayan genetik varyasyonun yüksek verimli işlevsel karakterizasyonuna izin verir, ancak nörodejeneratif hastalığa sistematik olarak uygulanmamıştır. Bu çalışmada, hücre içi tau protein agregasyonu (Alzheimer hastalığı (AD) ve progresif supranükleer palsi (PSP) ile nöropatolojik olarak bağlantılı olan iki nörodejeneratif durumun altında yatan olası nedensel genetik varyantları tanımlamak için CRISPR tabanlı doğrulama ile birlikte MPRA kullandık.

GEREKÇE

AD ve PSP gibi nörodejeneratif demanslar dünya çapında önemli bir morbidite ve mortalite nedenidir. Her iki bozukluk için de hastalık patogenezini karakterize etmek için büyük çabaları motive eden hastalığı modifiye edici terapötikler yoktur. Nedensel genetik faktörlerin ve aşağı yönde ilişkili risk genlerinin belirlenmesi, terapötik gelişimi mümkün kılacak mekanik bir anlayış geliştirmede temel ilk adımlardır.

SONUÇLAR

Nöroepitelyal benzeri insan embriyonik böbrek 293T (HEK293T) hücre hattını kullanarak, AD ile ilişkili 25 genom çapında anlamlı lokus ve PSP ile ilişkili dokuz lokus temsil eden 5706 kodlamayan tek nükleotid varyantının transkripsiyonel düzenleyici aktivitesini MPRA ile test ettik. Bu lokusların 27’sinde gen ekspresyonunu etkileyen 320 farklı fonksiyonel düzenleyici varyant (frVars) belirledik. AD frVar’lar mikroglial güçlendiriciler içinde zenginleştirilirken, PSP frVar’lar nöronal güçlendiriciler ve daha az ölçüde oligodendrositler içinde zenginleştirildi ve her hastalıkta farklı hücresel etki ile tutarlıydı.

frVar’ların çoğu (%94), insan beyin dokusunda veya kanında iki veya daha fazla bilinen işlevsel açıklamayla örtüşmüştür; bunların yaklaşık üçte ikisinin, insan hastalığındaki potansiyel alakalarını gösteren, transkripsiyon faktörü bağlanmasını bozacağı tahmin edilmiştir. 15 AD lokusuna ve üç PSP lokusuna dağılmış kırk iki yüksek güvenilir düzenleyici varyant, doğrulama için CRISPR damlacık dizilimi (CROP-seq) veya indüklenmiş pluripotent kök hücre türevli nöronlarda, mikroglia ve astrositlerde doğrudan CRISPR eksizyon kullanılarak seçildi, 11 lokusta 20 risk genini içeren 19 fonksiyonel varyantın doğrulanmasını sağlar.

Verilerimiz ima eden kanıtlar sağlar C4A, PVRL2ve APOC1 AD’de risk genleri olarak ve PLEKHM1 ve KANSL1 PSP’deki risk genleri ve bir düzineden fazla başka gen için ek doğrulama olarak. MPRA ile tanımlanmış fonksiyonel varyantlar, PSP ve AD’de farklı hücre tipine özgü aktiviteye sahip güçlendiriciler üzerinde birleşen, bir nöronal ima eden, tahmin edilen transkripsiyon faktörü bağlanma bölgelerini (TFBS’ler) tercihli olarak bozar. SP1PSP patogenezinde güdümlü düzenleyici ağ.

ÇÖZÜM

İki farklı nörodejeneratif bozukluk, AD ve PSP için hastalık riskinin altında yatan yaygın varyantların sistematik karakterizasyonunu sağlıyoruz. Çalışmamız, kodlamayan hastalıkla ilişkili varyasyonu verimli bir şekilde karakterize etmek için çoğullanmış raportör ve CRISPR tahlillerini entegre etmenin faydasını göstermektedir, böylece yüksek LD’ye sahip karmaşık lokuslarda bile risk genlerinin tanımlanmasına izin vermektedir. Bu analizler, ortak genetik varyantların, belirli gen ağları üzerindeki poligenik hücre tipine özgü düzenleyici etkiler yoluyla toplu olarak hastalık riskini yönlendirdiği, kodlamayan genetik riskin altında yatan bir mekanizmayı destekler.