«До недавнего времени у нас просто не было технологий, чтобы проверить эту возможность», — говорит исследователь Медицинского института Говарда Хьюза (HHMI) ~ Ричард Лифтон. Лифтон, который учится в Йельской школе медицины, вместе с Кристин Сейдман, следователем HHMI в Бригаме и женской больнице, и коллегами в Колумбии, штат Маунтинс. Синай и Пенсильванский университет совместно изучали врожденные пороки сердца через Консорциум педиатрической кардиологической геномики Национального института сердца, легких и крови.
Используя надежные технологии секвенирования, разработанные в последние годы, исследователи сравнили кодирующие белок участки геномов детей с врожденными пороками сердца и их родителей и без них и обнаружили, что новые мутации могут объяснить около 10 процентов тяжелых случаев. Результаты показали, что мутации в нескольких сотнях различных генов вносят вклад в этот признак у разных пациентов, но были сконцентрированы в пути, который регулирует ключевые гены развития. Эти гены влияют на эпигеном, систему химических меток, которая изменяет экспрессию генов. Результаты были опубликованы в Интернете в журнале Nature 12 мая 2013 г.
Для текущего исследования исследователи начали с 362 семей, состоящих из двух здоровых родителей, у которых в семейном анамнезе не было проблем с сердцем, и ребенка с тяжелым врожденным пороком сердца. Сравнивая геномы в семьях, они могли точно определить мутации, которые присутствовали в ДНК каждого ребенка, но не в его или ее родителях. Команда также изучила 264 здоровых семьи, чтобы сравнить мутации de novo в геномах здоровых детей.
Команда сосредоточила свой поиск генных мутаций на экзоме — небольшой части генома каждого человека, кодирующей белки, где наиболее вероятно возникновение болезнетворных мутаций.
У детей с врожденным пороком сердца и без него было примерно одинаковое количество мутаций de novo — в среднем чуть меньше одной мутации, изменяющей белок. Однако места этих мутаций заметно различались в двух группах. «Мутации у пациентов с врожденным пороком сердца гораздо чаще обнаруживались в генах, которые высоко экспрессируются в развивающемся сердце», — говорит Сейдман.
Различия стали более значительными, когда исследователи сосредоточили внимание на мутациях, которые, скорее всего, нарушили функцию белка, например, на тех, которые могут привести к его сокращению.
Детям с тяжелыми врожденными пороками сердца было 7 лет.В 5 раз больше, чем у здоровых детей, иметь повреждающую мутацию в генах, экспрессируемых в развивающемся сердце.
Исследователи обнаружили мутации во множестве генов, но один клеточный путь был заметно обогащен у детей с пороками сердца. Этот путь помогает регулировать активность генов, влияя на то, как ДНК упакована внутри клеток.
ДНК тела обернута вокруг белков, называемых гистонами, а к гистонам добавляются химические метки, называемые метильными группами, чтобы контролировать, какие гены включаются и выключаются. У детей с врожденным пороком сердца команда обнаружила избыток мутаций в генах, которые влияют на метилирование гистонов в двух участках, которые, как известно, регулируют ключевые гены развития.
В целом исследователи обнаружили, что мутации de novo составляют 10% случаев тяжелых врожденных пороков сердца. По словам Лифтона, примерно треть этого вклада приходится на путь метилирования гистонов.
Он также отмечает, что мутации только в одной копии гена этого пути было достаточно, чтобы заметно увеличить риск сердечного порока.
Прямое секвенирование кодирующих белки участков генома человека для выявления мутаций de novo было применено только к еще одному распространенному врожденному заболеванию — аутизму. В этом анализе Лифтон и его коллеги из Йельского университета, а также исследователь HHMI Эван Эйхлер и его коллеги из Вашингтонского университета обнаружили мутации в некоторых из тех же генов, которые мутировали при врожденном пороке сердца, и тот же путь модификации гистонов, по-видимому, играет важную роль. роль в аутизме, что повышает вероятность того, что этот путь может быть нарушен при различных врожденных заболеваниях, говорит Лифтон.
Даже если болезнь невозможно предотвратить, определение мутаций, ответственных за серьезные пороки сердца, может помочь врачам лучше заботиться о детях с врожденными пороками сердца. «После того, как мы восстановим сердца этих детей, некоторые из них преуспеют, а некоторые — плохо», — говорит Сейдман. Исследователи давно подозревали, что это может быть связано с различиями в основных причинах заболевания.
Понимание этих вариаций может помочь врачам улучшить результаты для своих пациентов.