Прогресс в генетике аутизма: на пороге новой нейробиологии

[Vorona]

Аутизм представляет собой гетерогенный синдром, определяемый по нарушениям в трёх ключевых областях: социальном взаимодействии, речи и диапазоне интересов. Недавние исследования привели к идентификации ряда генов, ответственных за восприимчивость к аутизму, и к росту понимания вклада возникших de novo (впервые) и унаследованных вариаций числа копий генов. Перспективные стратегии применяются также для выявления распространённых рисковых вариантов генов. Системный биологический подход, включающий профилирование экспрессии генов с помощью ДНК-чипов, наготове к тому, чтобы дать дополнительное проникновение в сущность этой группы расстройств, в которой разнородность, как генетическая, так и фенотипическая, проявляется как главенствующая черта.

http://www.aspergers.ru/node/175

[Vorona]

Выписки из разных источников по терминологии.

спойлер

Аллели — различные формы одного и того же гена, расположенные в одинаковых участках (локусах) гомологичных хромосом и определяющие различные варианты одного и того же признака. Распространённые в природе аллели, обуславливающие характерные для вида признаки, называются аллелями дикого типа, а происходящие от них аллели с измененной структурой гена — мутантными.

Вариация числа копий (англ. Copy number variation, CNV) — отличие индивидуальных геномов по числу копий сегментов ДНК. Крупные делеции или вставки (дупликации и множественные вставки) на кариограмме выглядят как хромосомные аберрации. Геном диплоидных организмов, в том числе человека, содержит обычно по две копии каждой аутосомной области, по одной на хромосому. Делеции и дупликации способны влиять на их количество. Результатом вариации может явиться снижение или повышение числа копий определённого гена, и, следовательно, пониженная или повышенная экспрессия продукта гена — белка или некодирующей РНК. Влияние числа копий гена на фенотип было отмечено ещё в 1930-х годах, в частности, было показано, что дупликация гена Bar у дрозофилы вызывает сужение глаз, или «Bar-фенотип».

Ген — участок ДНК, несущий какую-либо целостную информацию — о строении одной молекулы белка или одной молекулы РНК. Эти и другие функциональные молекулы определяют развитие, рост и функционирование организма.

Геном (точнее, ядерный геном) — совокупность всех молекул ДНК ядра клетки (каждая из отдельных молекул ДНК, взаимодействуя с комплексом белков, образует хромосому). В большинстве нормальных клеток человека содержится 46 хромосом: 44 из них не зависят от пола (аутосомные хромосомы), а две — X-хромосома и Y-хромосома — определяют пол (XY — у мужчин или ХХ — у женщин). Хромосомы в общей сложности содержат приблизительно 3 млрд. пар оснований нуклеотидов ДНК, образующих 20 000–25 000 генов.

Доминантность (доминирование) — форма взаимоотношений между аллелями одного гена, при которой один из них (доминантный) подавляет (маскирует) проявление другого (рецессивного) и таким образом определяет проявление признака как у доминантных гомозигот, так и у гетерозигот. Типы аллельных взаимодействий:

• полное доминирование — взаимодействие двух аллелей одного гена, когда доминантный аллель полностью исключает проявление действия второго аллеля. В фенотипе присутствует только признак, задаваемый доминантным аллелем;
  неполное доминирование — доминантный аллель в гетерозиготном состоянии не полностью подавляет действие рецессивного аллеля. Гетерозиготы имеют промежуточный характер признака;
  сверхдоминирование — более сильное проявление признака у гетерозиготной особи, чем у любой гомозиготной;
  кодоминирование — проявление у гибридов нового признака, обусловленного взаимодействием двух разных аллелей одного гена. Фенотип гетерозигот не является чем-то промежуточным между фенотипами разных гомозигот.

Килобаза (кб) — единица изменения длины молекулы ДНК, равная тысяче пар оснований.

Локус — фиксированное положение (локализация) на хромосоме, например положение гена. Вариант последовательности ДНК в данном локусе называется аллелем. Упорядоченный перечень локусов для какого-либо генома называется генетической картой. Генное картирование — это определение локусa для специфического биологического признака. Пример обозначения локуса: «6p21.3». Здесь 6 означает номер хромосомы; p — плечо хромосомы (p (от фр. petit) — короткое; q — длинное); 21.3 — полоса 21, суб-полоса 3. Полосы видны под микроскопом после специальной окраски хромосом и нумеруются начиная с 1 от центромеры к конечному участку. Под-полосы и под-под-полосы определяются при высоком разрешении.

Митохондриальная ДНК (мтДНК) — ДНК, находящаяся (в отличие от ядерной ДНК) в митохондриях, органоидах эукариотических клеток. У большинства многоклеточных организмов митохондриальная ДНК наследуется по материнской линии.

Мононуклеотидный полиморфизм («снип», однонуклеотидный полиморфизм, SNP, ОНП) — в узком смысле, это однонуклеотидное отличие в последовательности геномной ДНК, встречающееся в исследуемой популяции с частотой более 1%.

Мутация (лат. mutatio — изменение) — стойкое (т.е. такое, которое может быть унаследовано потомками данной клетки или организма) изменение генотипа, происходящее под влиянием внешней или внутренней среды.

• Геномные мутации — полиплоидизация (образование организмов или клеток, геном которых представлен более чем двумя (3n, 4n, 6n и т.д.) наборами хромосом) и анеуплоидия (гетероплоидия) — изменение числа хромосом, не кратное гаплоидному набору.
  Хромосомные мутации — крупные перестройки структуры отдельных хромосом. В этом случае наблюдаются потеря (делеция) или удвоение части (дупликация) генетического материала одной или нескольких хромосом, изменение ориентации сегментов хромосом в отдельных хромосомах (инверсия), а также перенос части генетического материала с одной хромосомы на другую (транслокация) (крайний случай — объединение целых хромосом, т.н. Робертсоновская транслокация, которая является переходным вариантом от хромосомной мутации к геномной).
  Генные мутации — изменения первичной структуры ДНК под действием мутаций менее значительны, чем при хромосомных мутациях, однако генные мутации встречаются более часто. В результате генных мутаций происходят замены, делеции и вставки одного или нескольких нуклеотидов, транслокации, дупликации и инверсии различных частей гена. В том случае, когда под действием мутации изменяется лишь один нуклеотид, говорят о точечных мутациях.

Пенетрантность — показатель фенотипического проявления аллеля в популяции. Определяется как отношение (обычно — в процентах) числа особей, у которых наблюдаются фенотипические проявления наличия аллеля, к общему числу особей, у которых данный аллель присутствует в необходимом для фенотипического проявления количестве копий (в зависимости от характера доминирования для фенотипического проявления может быть достаточно только одной копии аллеля или двух, если для фенотипического проявления проявления необходимо, чтобы особь была гомозиготна по данному гену). Например, фраза «аллель A обладает пенетрантностью 95%» означает, что из всех особей, у которых данный аллель имеется в необходимом числе копий, лишь у 95% наличие этого аллеля можно установить по показателям фенотипа. Полная пенетрантность — это 100% фенотипического проявления наличия данного аллеля в пределах популяции.

Полигенное наследование («множественное», мультифакторное) — наследование характеристик фенотипа, за которые отвечают два или более гена, либо взаимодействие последних с окружающей средой, либо и то и другое. В отличие от моногенных признаков, полигенные характеристики не следуют букве законов Менделя.

Полиморфные гены — гены, представленные в популяции несколькими аллелями, что обуславливает разнообразие признаков внутри вида. Различия между аллелями одного и того же гена, как правило, заключаются в незначительных вариациях его «генетического» кода. Большинство известных полиморфизмов выражаются либо в заменах одного нуклеотида, либо в изменении числа повторяющихся фрагментов ДНК. Локус называется полиморфным, если в популяции существуют два или более аллеля этого локуса. Однако если один из аллелей встречается с очень высокой частотой, скажем, 0.99 или больше, то велика вероятность того, что ни один другой аллель не будет присутствовать в выборке, взятой из популяции, если эта выборка не будет очень большой. Т.о., обычно локус определяется как полиморфный, если частота наиболее распространённого аллеля меньше 0.99.

Ресеквенирование — определение последовательности ДНК, которая предварительно уже была охарактеризована.

Секвенирование — определение первичной структуры (последовательности) биополимера. Применительно к ДНК (или РНК), «отсеквенировать» означает «прочесть» молекулу, т.е. установить последовательность образующих её нуклеотидных оснований.

Синдром хрупкой X-хромосомы (синдром Мартина – Белл, синдром ломкой X-хромосомы, fragile X mental retardation syndrome, FraX (от англ. fragile — хрупкий, ломкий)) — наследственное заболевание. Это состояние развивается из-за изменений в гене FMR1 («Fragile X Mental Retardation 1») и, как следствие, — в одноимённом белке головного мозга FMRP. Упомянутый ген находится на Х-хромосоме. Девочки имеют две копии Х-хромосомы, а мальчики одну Х и одну Y. Изменение в гене выражается в многократном повторении одной из частей гена (триплета СGG). У большинства людей повторов немного, от 6 до 50, в среднем 30, — что обычно не вызывает хрупкости Х-хромосомы. При среднем числе повторов (от 50 до 200 раз) говорят о носительстве премутации. Когда число повторов слишком велико, больше 200, ген повреждается, это называется полной мутацией. У лиц мужского пола, т.к. у них Х-хромосома всего одна, развивается синдром хрупкой Х-хромосомы. Женщина будет носителем хрупкой Х-хромосомы. Проявления синдрома могут быть, это зависит от активности FMR1-гена. Наследование данного состояния — Х-сцепленное. То есть от матери к любому ребёнку, а от отца — только к дочери. Размер последовательности повторов может при наследовании увеличиваться: так, мать или отец с премутацией может иметь ребёнка с полной мутацией.

G-бэндинг (G-banding) — метод дифференциального окрашивания хромосом, включающий обработку хромосомных препаратов трипсином (GTG-бэндинг) или солевыми растворами (GAG-бэндинг) и последующей окраской красителем Гимза; позволяет получать интенсивную исчерченность хромосом (десятки чередующихся светлых и тёмных, а также «серых» полос на одной хромосоме); G-бэндинг является наиболее распространённым методом, обеспечивающим идентификацию отдельных хромосом.

Genome-wide association study (GWAS) — исследование связи генотипа с различными фенотипическими признаками (прежде всего, с наследственными заболеваниями) в масштабе всего генома. GWAS выявляет отдельные вариации в ДНК, обусловливающие те или иные заболевания или эффект лекарственных препаратов. Причины практически всех болезней имеют наследственную компоненту, передающуюся от родителя ребёнку посредством 3 млрд. пар нуклеотидных остатков, составляющих человеческий геном. Расширение знаний об этих наследственных составляющих должно ускорить разработку новых терапевтических стратегий. В исследованиях связей генотипа с различными заболеваниями в масштабе генома ученые сравнивают геномы людей, подверженных болезни (cases), с геномами здоровых людей (controls). Такое сравнение позволяет выявить отличия больных и здоровых на генетическом уровне, даже если эти отличия минимальны.

Эпигенетика — изучение закономерностей эпигенетического наследования — наследуемых изменений в фенотипе или экспрессии генов, вызываемых механизмами, отличными от изменения последовательности ДНК.

Ссылки на статьи по генетике РАС приводились также тут: viewtopic.php?p=18203#p18203.

[Vorona]

http://aspergers.ru/node/196

Распространённые варианты генов могут, складываясь, вести к высокому риску аутизма
Эмили Сингер
15 октября 2012 г.

По отдельности распространённые варианты генов дают лишь малый риск аутизма. Но взятые вместе, они могут вносить значительный вклад, предсказывает статистический анализ, опубликованный 15 октября 2012 года в журнале «Molecular Autism».

Распространённые варианты обычно определяются как те, что обнаруживаются у свыше пяти процентов популяции, а редкие — как те, что обнаруживаются менее чем у одного процента.
читать дальше »

Исследователи прогнозируют, что распространённые варианты кумулятивно дают вклад в риск аутизма, равный приблизительно 40% в семьях с одним ребёнком, имеющим расстройство, и свыше 60% в семьях, в которых им страдает более одного члена.

Это сообщение представляет собой итог сложного статистического анализа, основанного на данных по приблизительно 2000 семей. Это последний по времени вклад в длительные дебаты о том, происходят ли такие сравнительно распространённые заболевания, как аутизм, из-за редких мутаций, которые по отдельности дают большой эффект, или из-за комбинирования множества распространённых вариантов генов, каждый из которых оказывает лишь малое воздействие.

Результаты нового исследования оказались ровно посередине.

«[Риск аутизма] не обусловлен ни исключительно редкими, ни исключительно распространёнными вариантами, — говорит ведущий автор исследования Берни Девлин, профессор психиатрии из Университета Питтсбурга. — Мы предоставляем основательное подтверждение того, что распространённые варианты в массе оказывают большое воздействие на риск».

Другие, однако, скептически относятся к величинам риска, прогнозируемым в модели.

«Распространённые варианты, несомненно, важны, но будет ли на них приходиться половина риска, эта статья и не подтверждает, и не опровергает, — говорит Хакон Хаконарсон, адъюнкт-профессор педиатрии из Школы медицины Пенсильванского университета, которым опубликованы исследования как распространённых, так и редких вариантов. — Нам по-прежнему нужно гораздо больше данных, чтобы убедительно показать, в чём же дело».

Тем не менее, говорит Хаконарсон, эти выводы означают, что распространённые варианты заслуживают изучения. «Так много голосов в данной области за то, чтобы игнорировать распространённые варианты, — говорит он. — А это исследование даёт нам более сбалансированный взгляд».

Качающийся маятник
Дебаты об относительном вкладе распространённых и редких вариантов в значительной степени направляются доступностью технологий. Появление ДНК-микрочипов около десяти лет назад позволило учёным быстро и дёшево искать в геноме распространённые генетические варианты, известные как мононуклеотидные полиморфизмы или снипы (single nucleotide polymorphism, SNP).

Это, в свою очередь, спровоцировало поток полногеномных исследований (genome-wide association study, GWAS), спроектированных в целях выявления распространённых вариантов, которые чаще, чем у других, встречаются у людей с определёнными заболеваниями. Однако приложение GWAS к аутизму оказалось несколько обескураживающим.

Например, в опубликованном в августе 2012 года анализе свыше 2700 семей, входящих в проект «Геном аутизма» (Autism Genome Project, AGP), не было обнаружено ни одного снипа, значимо связанного с аутизмом или с ассоциированными с этим расстройством симптомами.

В новом исследовании вместо того, чтобы искать отдельные снипы, Девлин и его сотрудники использовали, чтобы определить, дают ли в целом распространённые варианты вклад в риск, статистическое моделирование. Они сконцентрировались на анализе данных по GWAS из двух крупномасштабных проектов — «Генома аутизма», включающего данные по семьям со множественными случаями аутизма, когда им страдают один или более детей, и Simons Simplex Collection (SSC), базы данных по семьям с единственным ребёнком с аутизмом и незатронутыми аутизмом родителями и родными братьями и сёстрами.

В общей сложности исследователи сравнили данные по свыше 2000 семей с историей аутизма и 1600 лиц из контрольной группы.

«У людей, родство с которыми теснее, есть тенденция иметь аутизм, а у тех, с кем отдалённее, — не иметь, что согласуется с идеей о том, что распространённые варианты в какой-то мере определяют наследуемость заболевания», — говорит Эндрю Патерсон, заведующий кафедрой генетики сложных болезней в Университете Торонто в Канаде, который не принимал участия в данном исследовании.

Тот факт, что оба набора данных, включающие семьи разных типов, привели к сходным результатам, даёт поддержку идее, что общие варианты вносят значительный вклад в аутизм, говорит Хаконарсон. «Однако ничто в статье не говорит, что с этим делом есть ясность».

Аддитивный эффект
Исследователи говорят, что настало время вместо того, чтобы дискутировать об относительных вкладах распространённых и редких вариантов, взглянуть на то, как оба типа вариантов действуют совместно.

«По мере продвижения вперёд в рассортировке всего этого, нам начинает предоставляться возможность понять взаимосвязи между распространёнными и редкими вариантами», — говорит Мэтью Стэйт, содиректор Йельской нейрогенетической программы и один из участников исследования.

«Мы пока не знаем, насколько будут перекрываться различные виды риска, — говорит он. — В целом, эти соображения, похоже, открывают важные двери к оперированию такими вещами, как генетические модификаторы».

Генетические модификаторы могут влиять на исход мутаций. Например, редкие варианты могут вести к весьма различным симптомам, что предполагает наличие в игре дополнительных генетических факторов или факторов окружающей среды. Девлин говорит, что распространенные варианты могут модифицировать эффекты редких рисковых вариантов.

Некоторые компании уже начали продавать диагностические тесты, предсказывающие индивидуальный риск аутизма на основе набора снипов. Однако Девлин говорит, что клиническое значение его результатов мало. «[Отдельные] распространённые варианты будет очень трудно находить», — говорит он.


По материалам статьи "Common variants, en masse, may add up to strong autism risk".