Посещений:
МУТАЦИИ DE NOVO

Роль в возникновении умственной отсталости

New mutations and intellectual function
James R Lupski
NATURE GENETIC | VOLUME 42 | NUMBER 12 | P. 1036-1037 | DECEMBER 2010 doi:10.1038/ng1210-1036

Exome-based sequencing is a powerful approach for studying rare genetic diseases. A new study now applies this technology to demonstrate an important role for de novo mutations in sporadic mental retardation.

1. Vissers, L.E.L.M. et al. A de novo paradigm for mental retardationNat. Genet. 42. 1109-1112 (2010).
2. Lupski, J.R. Nat. Genet. 39, S43-S47 (2007).
3. Lu, X.Y. et al. Pediatrics 122, 1310-1;-(2008).
4. Zlotogora, J. Hum. Genet. 102, 381-386 (1998)
5. Notini, A.J., Craig, J.M. & White, S.J. Cytoge Genome Res. 123, 270-277 (2008).
6. Vadlamudi, L. etal. N. Engl. J. Med. 363. 1335-1-(2010).
7. Zhang, F. et al. Nat. Genet. 41, 849 8 (2009).
8. Lee, J.A., Carvalho, C.M. & Lupski, J.R. Cell 1-1235-1247 (2007).
9. Crespi, В., Stead, P. & Elliot, M. Proc. Natl. Acad. USA 107 Suppl 1, 1736-1741 (2010).
10. Shinawi, M. et al. J. Med. Genet. 47, 332 ;(2010).
11. Brunetti-Pierri, N. etal. Nat. Genet. 40, 1466-K (2008).
12. Galhardo, R.S., Hastings, P.J. & Rosenberg, S.M. С Rev. Biochem. Mot. Biol. 42. 399-435 (2007).
Vissers et al.1 предоставили доказательства, что de novo single-nucleotide variants (SNVs) могут вносить существенный вклад в умственную отсталость. Эти исследователи анализировали основной парадокс эволюционной теории, а именно, тот факт, что нервные и нейропсихические болезни превалируют среди популяций мира несмотря на сильно сниженную плодовитость или генетическую летальность у индивидов, обладающих мутациями: т.е. причинами таких свойств. Авт. предположили, что de novo мутации могут компенсировать потерю аллелей, которая является результатом естественного отбора против вредных мутаций и затем, использовав силу внедренных мутаций, открыли инструменты для проверки этой гипотезы на геномной шкале.

Figure 1 Timing of new mutation events. Traditionally, new mutations (lightning bolts) have been viewed as arising within individual germline cells or in differentiated somatic cells. However, new mutations can potentially occur at any time during the human life cycle.

Family based exome sequencing


Vissers et al.1 использовали подход, базирующийся на секвенировании экзома (exome), чтобы исследовать 10 индивидов со спорадической, необъяснимой умственной отсталостью. Эти индивиды были первоначально секвенированы на увеличение тринуклеотидных повторов в локусе FMR1 и на copy number variation (CNV), последнее, как известно, вносит вклад в подобные спорадические случаи2, включая врожденные пороки3 и умственную неспособность. Использовав серю фильтров, которые включали сравнение экзомных последовательностей у затронутых индивидов с их незатронутыми родителями, авт. идентифицировали и проанализировали уникальные несинонимные, de novo SNVs в 9 генах. У 6 различных индивидов Vissers et al.1 идентифицировали de novo SNVs, которые явились, скорее всего, патогенными, исходя из функции генов, эволюционной консервации и предполагаемого действия мутаций. Кроме того, у одного затронутого мужчины авт. идентифицировали наследуемую мутацию в известном гене Х-сцепленной умственной отсталости (JARID1C) и показали. что эта мутация возникла de novo у матери пробандов. Т.о., 7 из 10 исследованных индивидов, скорее всего, имели de novo возникшую причинную мутацию. Авт. пришли к заключению, что вместе с de novo CNVs, значительный эффект de novo SNVs может объяснить большинство случаев спорадической умственной отсталости в популяции.
Благодаря успеху секвенирования exome, Vissers et al.1 идентифицировали с высокой достоверностью в среднем 21,755 SNVs на индивид. Затем они использовали биоинформационный анализ источников информации, чтобы исключить все негенные, интронные и синонимные варианты, иные, чем те, что возникают в канонических сайтах сплайсинга (редуцировав среднее количество кандидатов до 5,640). Затем они исключили все, скорее всего доброкачественные SNVs из dbSNPv13O базы данных (понизив среднее количество кандидатов до 143). Наконец, они исключили варианты, присутствующие в экзоме каждого из родителей и получили в результате общее количество в 51 SNVs или в среднем около 5 (в пределах 2-7) кандидатов de novo несинонимных мутаций на затронутый индивид.
Интересно отметить, что лишь 13 из этих 51 SNVs (covered by a median of 17 variant reads) были оценены с помощью Sanger секвенирования, как присутствующие у пробанда и отсутствующие у родителей. Иначе говоря, 38 кандидатов SNVs (76%), перекрываемых медианой из 5 variant reads каждый, не были установлены с помощью Sanger секвенирования и изучения родителей. Из этих SNVs, которые не подтверждены, возможно ли, что немногие представляли собой ложно отрицательные, потенциально отражающие детекцию мозаичных пост-зиготических de novo событий? Конечно, секвенирование следующего поколения позволит избежать экспериментально внесенных шумов в результате самой технологии и от ошибок типа I , вносимых множественным тестированием, которое сопровождает геномные подходы. Более того, секвенирование exome sequencing допускает дополнительные экспериментальные помехи из-за неопределенностей, вносимых шагом захвата (capture step). Тем не менее, новые мутации могут в принципе возникать на множестве клеточных уровней (Fig. 1).

Timing of new mutations


Традиционно новые мутации рассматриваются как представители событий в зародышевой линии, при этом мутации отсутствуют в крови незатронутых родителей, но постоянно присутствуют у затронутого ребенка, проявляясь спорадическим нарушением. Наше мнение относительно новых мутаций в соматических тканях безусловно сформировалось в течение последних двух десятилетий за счет изучения зародышевого и соматического мозаицизма4,5 и раковых опухолей, как генетических заболеваний соматических тканей. Однако лишь недавно мы начали оценивать потенциал времени возникновения пост-зиготических новых мутаций, возникающих или в раннем6 или позднем развитии человека (Fig. 1). Время в жизненном цикла человека, когда возникают новые мутации, может оказывать важное влияние на риск повторного возникновения7.
В качестве примера, Dravet синдром тяжелая эпилептическая энцефалопатия, часто сопровождаемая de novo мутациями в SCN1A, гене субъединицы натриевого канала; гетерозиготные SCN1A мутации обнаруживаются у 70-80% затронутых индивидов и 95% этих мутаций возникают de novo. Определение времени одного из таких de novo SNV событий недавно показало его пост-зиготическое появление после расщепления внутренней клеточной массы во время раннего эмбриогенеза по идентификации во множественных тканях у затронутых дискордантных монозиготных близнецов6. Др. исследование идентифицировало сложную геномную перестройку, приводящую к делеции одиночного PMP22 экзона у индивида с Charcot-Marie-Tooth disease type 1. Этот индивид происходил из семьи, в которой у др. ребенка был диагностировано то же самое заболевание. Хотя ни родитель, имевший Charcot-Marie-Tooth нейропатию по клиническим и нейрофизиологическим тестам, и никто др. не обнаруживали делеции CNV при ряде исследований, проведенных на ДНК, выделенной из крови, PCR анализы сложных перестроечных соединений идентифицировали мать, как имеющую низкого уровня (<1%) мозаицизм по мутации в её крови. Демонстрация как мозаицизма зародышевой линии, так и низко-уровневого мозаицизма крови помещает время возникновения de novo события на момент, когда мать сама развивалась in utero в чреве свой матери и до того как клетки её зародышевой линии и некоторые стволовые клетки для разных предшественников крови были дифференцированы.
Интересно, что как de novo SNVs , так и сложные CNVs8, как полагают, отражают ошибки репликации ДНК. Вообще-то взрыв репликации ДНК, который сопровождает быстрые клеточные деления, необходим для превращения одиночной пост-зиготической клетки в эмбрион и затем в плод, это промежуток, когда появляется множество новых мутаций, чего ранее не ожидалось. В зависимости от времени многие такие события могут быть не идентифицированы в ДНК, полученной из крови и могут быть идентифицированы только с помощью подхода, который выявляет события очень низкого уровня.

Phenotypic extremes


И сследование Vissers et al.1 указывает на то, что новые мутации вносят существенный вклад в показатель и распространенность умственной отсталости в популяциях людей. По аналогии может ли экстраординарная умственная способность также отражать новую мутацию? Считается, что умственная задержка и экстраординарная способность представляют крайности нормальной фенотипической вариабельности, это аналогично предположению, что аутизм и шизофрения представляют собой крайности эволюции социального поведения головного мозга человека9. Заметим, что как делеционные, так и дупликационные CNVs по 16p11.2 и lq21.1 часто обнаруживаются как de novo события и реципрокно коррелируют с размером головы, у индивидов со спорадическими нейро-поведенческими фенотипами, включая аутизм и шизофрению10,11. Является ли внесение изменчивости, обусловленным новыми мутациями или улучшением способности к развитию12, цена, которую мы платим как вид, чтобы лучше адаптировать функции головного мозга ко всё изменяющимся и неблагоприятным условиям?
Помимо развития, функционирования и эволюции головного мозга недавние исследования спорадической умственной отсталости, аутизма и шизофрении указали на потенциальную важную роль новых мутаций при многих заболеваниях человека, включая те, что традиционно не рассматриваются как имеющие или генетические причины или даже генетические влияния. Более того, исследование Vissers et al.1 подчеркивает, что огромная информация может быть обнаружена при расширении нашего хода мышления и экспериментальных подходов от локус-специфических к геномным исследованиям. В самом деле, персональные геномные исследования могут быть единственным путем к изучению некоторых из наиболее важных вопросов биологии человека и медицины.

Сайт создан в системе uCoz