معلومة

لماذا يمكن دعم النموذج الجيني الرئيسي من خلال إيجاد طفرات دي نوفو في الحالات المصابة؟

لماذا يمكن دعم النموذج الجيني الرئيسي من خلال إيجاد طفرات دي نوفو في الحالات المصابة؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

لقد وجدت جملة لا أستطيع فهمها بشكل كامل في منشور عن جينات التوحد.

يتم دعم نموذج الجين الرئيسي الموحد من خلال الزيادة الكبيرة في طفرات دي نوفو الضارة الموجودة في الأشخاص المصابين بالتوحد مقارنة بإخوتهم غير المتأثرين.

هل تقول في النموذج الجيني الرئيسي ، أن طفرات دي نوفو تشكل غالبية المخاطر الجينية؟


يساعد في إعطاء سياق ومصدر اقتباس في أسئلة مثل هذه. مع بعض الأبحاث ، حددت مصدر الاقتباس باسم Torre-Ubieta ، "تعزيز فهم آليات مرض التوحد من خلال علم الوراثة".

يأتي الاقتباس من قسم من الورقة يناقش النموذجين الجينيين الرئيسيين المختلفين لاضطراب طيف التوحد: (1) النموذج متعدد الجينات (العديد من الجينات المساهمة في تأثيرات صغيرة) ، و (2) نموذج الجين الرئيسي ، حيث يكون تباين جين واحد هو مسؤول. أول جملتين من الفقرة التي تحتوي على الاقتباس هما:

نموذج الجين الرئيسي الموحد62,63 مدعوم بالزيادة الكبيرة في الضرر من جديد الطفرات الموجودة في الأشخاص المصابين باضطراب طيف التوحد مقارنة بإخوتهم غير المصابين44,49. يظهر المزيد من الدعم لهذا النموذج في ظاهرة وجود عدد أكبر من SNVs الموروثة التي تعطل وظيفة البروتين في الجينات المحفوظة المنقولة من الأم إلى الأفراد المصابين بالتوحد أكثر من الأشقاء غير المصابين.73.

الجملة المعنية (الأولى) هي ببساطة الاستشهاد بأدلة تدعم النوع الثاني من النموذج ؛ لا تدعي أن غالبية المخاطر ناتجة عن من جديد الطفرات. فيما يتعلق بكيفية من جديد الطفرات تدعم النموذج الجيني الرئيسي ، فهي تساعد على الرجوع إلى الأوراق المذكورة في الجملة. تظهر مراجعة الاقتباسات 44 و 49 أن المصابين بالتوحد غالبًا ما يكونون نادرًا من جديد الطفرات التي تبدو معطلة للجينات ، في حين أن أشقائهم غير المصابين لا يفعلون ذلك. يشير هذا إلى أن تعطيل جين واحد يمكن أن يؤدي إلى اضطراب طيف التوحد ، وبالتالي يتناسب مع نموذج الجين الرئيسي ، ولكنه لا يفعل شيئًا بالنسبة للنموذج متعدد الجينات لأنه يفترض أن اختلاف جين واحد له تأثير ضئيل فقط.

اسمحوا لي أن أضيف أن النموذجين ليسا متعارضين: قد يفسر النموذج متعدد الجينات التواجد العائلي الملحوظ لـ ASD ، بينما من جديد قد يفسر نموذج الجين الرئيسي سبب إصابة عدد قليل فقط من أفراد الأسرة.


الجينات الورمية الأولية هي الجينات التي تساعد الخلايا عادة على النمو. عندما يتحول الجين الورمي الأولي (يتغير) أو عندما يكون هناك عدد كبير جدًا من النسخ منه ، فإنه يصبح & qubad & quot الجين الذي يمكن تشغيله أو تنشيطه بشكل دائم عندما لا يكون من المفترض أن يكون كذلك. عندما يحدث هذا ، تنمو الخلية خارج نطاق السيطرة ، مما قد يؤدي إلى الإصابة بالسرطان. يسمى هذا الجين السيئ بجين الورم.

قد يكون من المفيد التفكير في الخلية على أنها سيارة. لكي تعمل بشكل صحيح ، يجب أن تكون هناك طرق للتحكم في السرعة التي تسير بها. عادة ما يعمل الجين الورمي الأولي بطريقة تشبه إلى حد كبير دواسة الغاز. يساعد الخلية على النمو والانقسام. يمكن مقارنة الجين الورمي بدواسة غاز عالقة ، مما يؤدي إلى انقسام الخلية خارج نطاق السيطرة.

تحدث بعض متلازمات السرطان بسبب الطفرات الموروثة من الجينات الورمية الأولية التي تتسبب في تشغيل (تنشيط) الجين الورمي. لكن معظم الطفرات المسببة للسرطان التي تشمل الجينات الورمية مكتسبة وليست وراثية. تنشط الجينات المسرطنة عمومًا عن طريق:

  • إعادة ترتيب الكروموسومات: التغييرات في الكروموسومات التي تضع جينًا بجانب آخر ، مما يسمح لأحد الجينات بتنشيط الآخر
  • الازدواج الجيني: وجود نسخ إضافية من الجين ، مما قد يؤدي إلى إنتاج الكثير من بروتين معين

الاكتشافات

حدد مختبر كيرن تواتر ومواضع عمليات حذف المادة الصبغية ، واكتشف تغيرات طفرية متكررة للغاية تؤثر على جين DPC4 ، وجين p16 ، وجين p53. من المعروف أن الطفرات الجينية K-ras شائعة في سرطان البنكرياس. كانت جينات K-ras المتحولة موجودة في عينات البراز للمرضى المصابين بسرطان البنكرياس أو الآفات الأولية للسرطان. تم اكتشاف ارتباط وراثي بسرطان الثدي العائلي. اقترح عملهم نموذجًا لبيولوجيا سرطان البنكرياس ، كما هو موضح في الطفرات ودورة الخلية أدناه.

الطفرات ودورة الخلية & # 9660

في هذا الشكل ، تظهر التغيرات الجينية لسرطان البنكرياس في إطار نظري ، مع التركيز على تعطيل عناصر التحكم في دورة الخلية. توفر طفرات راس حافزًا غير مناسب للخلايا لتنمو في مرحلة تسمى G1. تعمل الجينات p16 و p53 في عدة نقاط تفتيش لتقييد تقدم G1 غير المناسب. من المحتمل أن تؤثر طفرات DPC4 على هذه المرحلة أيضًا.

النوع Allelotype لسرطان البنكرياس & # 9660

في هذا الشكل ، تظهر التغيرات الجينية لسرطان البنكرياس في إطار نظري ، مع التركيز على تعطيل عناصر التحكم في دورة الخلية. توفر طفرات راس حافزًا غير مناسب للخلايا لتنمو في مرحلة تسمى G1. تعمل الجينات p16 و p53 في عدة نقاط تفتيش لتقييد تقدم G1 غير المناسب. من المحتمل أن تؤثر طفرات DPC4 على هذه المرحلة أيضًا.

ملفات تعريف طفرة خط الخلية & # 9660

طفرات K-Ras & # 9660

لماذا تعتبر طفرات K-ras مهمة؟

تحدث طفرات جين K-Ras في أكثر من 90٪ من حالات سرطان البنكرياس. لا يوجد ورم بشري آخر يقترب من تواتر الطفرات. يعد مسار ras مهمًا في نقل الإشارات المعززة للنمو من مستقبلات سطح الخلية ، وفي النهاية نحو النواة حيث تؤثر هذه الإشارات على إنتاج وتنظيم البروتينات الرئيسية الأخرى. من المثير للاهتمام أنه على الرغم من أنه من المتوقع أن تتسبب معظم الطفرات في الجينات في تعطيل نشاطها ، إلا أن جينات Ras يحدث العكس - فهي تصبح أكثر نشاطًا في إرسال الإشارات. هذا بسبب التصميم الهندسي للبروتين. يتم إيقاف إشارة ras بواسطة مفتاح جزيئي ، والذي يعتمد على نشاط الإنزيم. من الناحية الخلابة ، فإن النيوكليوتيدات GTP (guanidine triphosphate) تشغل المفتاح لإبقائها في حالة "on". جزء من بروتين Ras له نشاط إنزيم (GTPase) الذي يشق GTP. يؤدي هذا إلى تحويل المفتاح إلى "إيقاف التشغيل" بعد فترة "التشغيل" القصيرة. في الواقع ، تعمل طفرات Ras على تعطيل وظيفة ما ، كما يُتوقع من معظم الطفرات أن تفعل. يتم تعطيل GTPase بواسطة الطفرات. ولكن هذا يعني الآن أن GTP تواصل تشغيل المفتاح ، ولا يمكن "إيقاف" وظيفة إشارات Ras. يدرس عدد من شركات الأدوية الآن طرقًا لتخفيف وظيفة الإشارات في Ras ، والتي يمكن أن توفر علاجًا منطقيًا لسرطان البنكرياس.

أين تحدث؟

تتضمن طفرات راس أحماض أمينية معينة فقط ، تلك التي تتداخل مع وظيفة GTPase. في سرطان البنكرياس ، تظهر الطفرات بشكل أساسي فقط في المركز الثاني عشر (كودون أو حمض أميني 12) ، مع استثناءات نادرة في كودون 13. معظم الطفرات في سرطان البنكرياس تغير الجلايسين في الكودون 12 إلى فالين أو الأسبارتات. تعتبر الطفرة في مادة السيرين غير عادية تمامًا في سرطان البنكرياس ، وهو اكتشاف غريب نظرًا لأنه طفرة شائعة في أنواع الأورام الأخرى التي تحتوي على طفرات K-ras.

متى تحدث؟

من المعروف الآن أن طفرات K-ras تحدث قبل وقت طويل من تكوين السرطان الفعلي. تتشكل في المراحل السابقة للتسرطن ، داخل الآفات المسماة PIN ، أو ورم البنكرياس داخل الظهارة. هذه قنوات بها مستنسخات من الخلايا الورمية المبكرة التي لم تغزو جدار القناة بعد. في الواقع ، هذه الآفات هي من بين الأورام الأكثر شيوعًا عند البشر ، وتحدث في ما يقرب من ثلث كبار السن. غالبًا ما يطلق عليهم لسوء الحظ "فرط التنسج" ، وهو المصطلح الذي يشير إلى نقص الطابع الورمي. في الواقع ، يشير تقدير تقريبي إلى أن أقل من 1 ٪ من الآفات تصبح غازية ، أي تتحول إلى سرطان. وهكذا ، في كثير من النواحي ، تشبه الأورام الغدية في القولون ، ما يقرب من ثلث الأشخاص سيصابون بأورام غدية ، ومع ذلك فإن نسبة صغيرة فقط ستتطور إلى سرطان القولون. يتمثل الجهد الرئيسي لمختبر Kern في تحديد التغييرات الجينية في PIN التي تشير إلى الآفات المعرضة لخطر الغزو. طفرات K-ras غير شائعة في الأشكال المبكرة من PIN ، ولكنها توجد في غالبية الآفات المتقدمة. من المحتمل أن تتطور طفرات PIN التي تحتوي على طفرات K-ras في 10 ٪ من الأشخاص خلال الحياة. وبالتالي ، لا تزال طفرات K-ras ليست العلامة المحددة للآفات عالية الخطورة التي يرغبون في تحديدها لأغراض التشخيص. يجب أن يكون واضحًا أن الهدف الرئيسي هو تشخيص أورام البنكرياس في أقرب وقت ممكن ، ويفضل أن يكون ذلك في آفات PIN المتقدمة وقبل تكوين سرطان صريح يغزو جدار القناة وينتشر إلى أعضاء أخرى من المريض.

يتم إجراء هذه الدراسات بالتعاون مع الدكتور رالف هروبان وجهوده لدراسة طفرات K-Ras.

P53 الطفرات & # 9660

لماذا تعتبر طفرات p53 مهمة؟

يعاني الجين p53 من عمليات حذف في ما يقرب من 90٪ من سرطانات البنكرياس. ما يقرب من 60-70 ٪ لديهم طفرة نقطية تعمل على تعطيل النسخة المتبقية من الجين. من بين أنواع الأورام البشرية المختلفة ، تعد طفرات البروتين p53 هي الأكثر شيوعًا. يُعتقد أن p53 هو المتحكم الرئيسي في بعض المسارات المثبطة للورم. إنه يربط تسلسلات معينة من الحمض النووي ويوجه إنتاج الحمض النووي الريبي من الجينات القريبة ، وهي عملية تسمى التنشيط النسخي. نظرًا لأن جميع طفرات البروتين p53 التي تحدث بشكل طبيعي تضعف قدرة البروتين p53 على ربط الحمض النووي ، فإن هذه الوظيفة المهمة المثبطة للورم تضيع.

أي أدلة لماذا تحدث؟

بالمقارنة مع أنواع الأورام الأخرى ، هناك تفضيل غريب لسرطان البنكرياس لإجراء عمليات حذف داخل الجين ، وعلى وجه الخصوص حذف 1-2 زوج قاعدي صغير (17٪ مقابل ، على سبيل المثال ، أقل من 1٪ في سرطان القولون). كانت عمليات الحذف هذه في كثير من الأحيان ضمن مجموعات متكررة من النوكليوتيدات المفردة أو أزواج النيوكليوتيدات. السبب غير واضح ، لكن الاحتمالات مثيرة للاهتمام ، لأن مثل هذه الطفرات من النوع الذي يُلاحظ عند التعرض للمواد الكيميائية المسببة للطفرات. كقليل من الخلفية ، فقد تم اقتراح أن التعرض لطفرات بيئية أو داخلية معينة قد يكون مرتبطًا بأطياف طفرة محددة في p53. على سبيل المثال ، غالبًا ما تتضمن الطفرات المرتبطة بالأفلاتوكسين في سرطان الخلايا الكبدية موقعًا معينًا داخل الجين p53. وقد لوحظ أيضًا أن الطفرات المختلفة مفضلة في سرطان القولون والمستقيم أو الرئة أو سرطان الجلد المستحث بالأشعة فوق البنفسجية. قد توفر معرفة العوامل المسببة أو آليات التغيير الجيني أدلة على العمليات المتضمنة في التسبب في سرطانات البنكرياس. قد يأمل المرء في استخدام هذا الفهم للمساعدة في تقليل حدوث المرض بين السكان.

ص 16 الطفرات & # 9660

لماذا تعتبر طفرات P16 مهمة؟

تحدث طفرات الجين p16 في سرطان البنكرياس بمعدل أعلى من أي نوع آخر من الأورام. ما يقرب من 90 ٪ من الأورام تفقد نسخة واحدة (يسمى فقدان الزيجوت غير المتماثل ، أو LOH) عن طريق الحذف. في 40٪ من الحالات ، تُفقد النسخة الأخرى أيضًا (يُطلق عليها حذف متماثل اللواقح ، أو HD). في 40٪ أخرى ، تؤدي طفرة صغيرة في الجين p16 إلى تعطيل وظيفتها. عادةً ما تقوم بقية الأورام بإيقاف تشغيل الجين p16 من خلال عملية تسمى المثيلة والتي ، بالمعنى الدقيق للكلمة ، ليست شكلاً من أشكال الطفرات. p16 هو أحد مثبطات الإنزيمات (تسمى kinases المعتمدة على cyclin ، أو CDKs) التي تدفع تقدم الخلية خلال دورة الانقسام.

ألم يكن هناك جدل؟

كانت التقارير الأولية للتحليلات الطفرية لـ p16 في الأورام البشرية مثيرة للجدل ، واقترح أن الطفرات في الجين p16 يمكن اختيارها أو تحريضها على زراعة الأنسجة. هذا من شأنه أن يجعلها قطعة أثرية لا علاقة لها بتكوين الأورام البشرية. جاء أول دليل مقنع على اكتساب الورم البشري للطفرات بمعدل مرتفع من خلال شاشة الطفرات الخاصة بسرطان البنكرياس. تم تأكيد الطفرات والحذف ، التي أجريت على طعم أجنبي لسرطان البنكرياس ، في جميع الأورام الأولية الأصلية المتاحة. أيضًا ، أظهرت مقارنات الطعوم xenografts المتوازية ، حيث تم أخذ طعوم متعددة من نفس الأورام الأولية ، نتائج متسقة ، وبالتالي استبعاد أي مصنوعات في المختبر. تم الإبلاغ عن طفرات جينية p16 بشكل متفاوت في سرطان الخلايا الحرشفية المريئي وفي السلالة الجرثومية لبعض المرضى المصابين بسرطان الجلد العائلي ، ولكنها كانت غائبة إلى حد كبير في مجموعة متنوعة من الأورام الأخرى التي تظهر تكرارًا عاليًا لفقدان 9p. جزئيًا ، اتضح أن p16 يحافظ على حذف كلتا النسختين ، وقد تم إغفال هذه التغييرات في البداية لأن هذا النوع من الطفرات يصعب رؤيته عندما يفحص علماء الوراثة الأورام البشرية مباشرة. يُعتقد الآن أن تعطيل نشاط p16 شائع تقريبًا مثل طفرات p53 في أنواع متعددة من السرطان البشري.

هل يمكنني الإصابة بسرطان البنكرياس العائلي من طفرة p16؟

هناك متلازمة تسمى الورم الميلانيني غير النمطي العائلي ، والذي يرجع إلى طفرات p16 التي تنتقل داخل الأسرة من الوالدين إلى الطفل. يكون خطر الإصابة بسرطان البنكرياس أعلى داخل هذه العائلات. ولكن حتى الآن ، أبلغت جميع عائلات سرطان البنكرياس عن وجود طفرة وراثية في p16 مصابة أيضًا بأورام ميلانينية داخل العائلة. استشر طبيبك إذا كنت تعتقد أن عائلتك قد يكون لديها هذه المتلازمة ، حيث أن الاختبار متاح لتحديد أفراد الأسرة الذين يحملون الجين الطافر p16. يمكن أن تسمح معرفة الأشخاص المعرضين للخطر باتخاذ إجراءات وقائية ومحاولة تحديد الآفات الجلدية في مرحلة مبكرة يمكن علاجها.

ماذا عن p15؟

يوجد على الأقل جين آخر مرشح لقمع الورم ، p15 ، يقع بالقرب من p16. نظرًا لأن عمليات الحذف متماثلة اللواقح التي تتضمن p16 تمتد في كثير من الأحيان إلى علامات مرافقة بعيدة ، فمن المعروف أن p15 متورط أيضًا في عمليات الحذف متماثلة اللواقح لـ 9p في سرطان البنكرياس. لكن p15 لا يتحور في سرطان البنكرياس ، وبالتالي لا يوجد دليل مباشر على أن p15 هو جين مثبط للورم في هذا النوع من الورم.

طفرات DPC4 & # 9660

لماذا ذهبت للبحث عن هذا الجين؟

اقترحت عمليات الحذف في كل مكان تقريبًا (التي يطلق عليها فقدان تغاير الزيجوت أو LOH) للكروموسوم 18q تعطيل جين مهم للغاية مثبط للورم موجود هناك ، وكانت هويته غير معروفة في ذلك الوقت. 18q هو أحد أذرع الكروموسومات الأكثر حذفًا من بين مجموعة متنوعة من أنواع السرطان البشرية. لم يتم الإبلاغ عن تحور جين مرشح في 18q ، جين DCC ، في سرطان البنكرياس. وهكذا ، استمر البحث لسنوات عن الجين المراوغ.

كيف وجدتها؟

قرر المختبر مسح المنطقة المشتبه بها بعلامات متعددة ، من أجل تقييم سلامة الكروموسوم. في منطقة صغيرة واحدة (حوالي 1٪ من طول الكروموسوم ، في المنطقة تسمى 18q21.1) ، وجدوا عدة عمليات حذف صغيرة لنوع كان يُعتقد سابقًا أنه نادر جدًا. كانت هذه عمليات حذف أثرت على كل من النسخ الطبيعية للكروموسوم ، والتي يطلق عليها "عمليات الحذف المتماثلة اللواقح" ، وتم العثور عليها في 30٪ من السرطانات. تم استنساخ جين من هذه المنطقة. نظرًا لأن هذا كان المكان الرابع الذي يتم التحقيق فيه لهذا النوع الخاص من الحذف في سرطان البنكرياس ، فقد أطلقوا على الجين DPC4 (للحذف في سرطان البنكرياس ، الموضع 4). في عدد من الحالات التي لا تحتوي على عمليات الحذف المتماثلة اللواقح ، تم العثور على أشكال أخرى من الطفرات التي من شأنها تعطيل هذا الجين. إجمالاً ، يعاني 50٪ من سرطانات البنكرياس ، فضلاً عن نسب أقل من السرطانات الأخرى (مثل أورام المثانة والثدي والرئة والقناة الصفراوية وأورام القولون) ، تعطيلًا تامًا للجين DPC4 بسبب الطفرات. يُشتبه في أن الجين يعمل بشكل طبيعي لمنع حدوث أورام البنكرياس والأعضاء الأخرى ، وكذلك هو واحد من عدد قليل من الجينات المعروفة الكابتة للورم.

ماذا تفعل DPC4؟

تم اقتراح دليل رائع على الوظيفة الكيميائية الحيوية لهذا البروتين من خلال البحث الحاسوبي على الإنترنت لقواعد بيانات الحمض النووي. يشبه DPC4 جينًا في ذبابة الفاكهة ، Drosophila malanogaster ، وهو ضروري في تطوير الذباب المبكر. الإشارات هي جزء من عائلة TGF-ß من مسارات الإشارات. عندما استخدمنا إستراتيجية وراثية للقضاء على جين TGF-ß في خلية سرطانية ، وجدنا أننا قد عطّلنا أيضًا مسار TGF-ß. تعمل هذه المسارات عادةً على تعزيز التمايز (النضج إلى أشكال البالغين الطبيعية) وإبطاء نمو الخلايا. توجد بروتينات مماثلة أيضًا في الدودة C. ايليجانس. لقد وجدنا مؤخرًا أن DPC4 يرتبط بتسلسل معين في الحمض النووي ، مما يسمح لـ DPC4 بتشغيل التعبير عن جينات معينة.

ماذا يفعل TGF-ß؟

يلعب TGF-ß دورًا في البشر مشابهًا لدور الأنواع الأخرى ، وتتوقف معظم الخلايا الطبيعية عن التكاثر عند تعرضها لـ TGF-ß. واحدة من أكثر النتائج الرائعة حول الخلايا السرطانية من أي عدد من المواقع في الجسم هي أن معظمها لا يتم قمعها بواسطة TGF-ß. لذلك من المأمول أن يساعدنا اكتشاف الطفرات في DPC4 على فهم واحدة من أكثر التشوهات الأساسية للسرطانات ، وهي عدم قدرتها على الاستجابة لإشارات الجسم الطبيعية التي يجب أن تتحكم في نموها. ربما من خلال إيجاد طريقة للتغلب على هذا الحصار لإشارات TGF-ß ، يمكننا إعادة إنشاء وسيلة طبيعية وقوية لكبح العدوانية المأساوية للسرطان.

MKK4 الطفرات & # 9660

لماذا تعتبر طفرات MKK4 مهمة؟

يحدث تعطيل الجين MKK4 في سرطان البنكرياس بمعدل منخفض ، في حوالي 4٪ من الحالات. لكن هذا نوع جديد وغير متوقع من مسارات قمع الورم ، وقد يكون لديه الكثير ليعلمنا إياه. MKK4 هو جزء من نظام إشارات يتم تحفيزه في وجود إجهاد للخلية (بما في ذلك العلاج الكيميائي) ، وقد يتحكم في التمايز وموت الخلية المبرمج - يسمى موت الخلايا المبرمج. بمجرد أن نعرف أدوار الأعضاء الآخرين في المسار ، قد نجد المزيد من الطفرات في الجينات الأخرى.

مستقبلات TGF-ß وطفرات مستقبلات Activin & # 9660

ماذا يفعل TGF-ß؟

TGF-ß هو بروتين تصنعه الخلايا وتطلقه ، لذلك فهو موجود في جميع الأنسجة وحتى في الدم. تتوقف معظم الخلايا الطبيعية عن التكاثر عند تعرضها لمستويات أعلى من TGF-ß. واحدة من أكثر النتائج الرائعة حول الخلايا السرطانية من أي عدد من المواقع في الجسم هي أن معظمها لا يتم قمعها بواسطة TGF-ß. عندما ندرس مشاكل نظام TGF-ß في السرطانات ، نحاول أن نفهم واحدة من أكثر التشوهات الأساسية للسرطانات ، وهي عدم قدرتها على الاستجابة لإشارات الجسم الطبيعية التي يجب أن تتحكم في نموها. ربما من خلال إيجاد طريقة لاستعادة إشارات TGF-ß ، يمكننا إعادة تأسيس وسيلة طبيعية وقوية لكبح جماح العدوانية المأساوية للسرطان.

لماذا تعتبر مستقبلات TGF-ß مهمة؟

تحتوي الخلايا على مستقبلات على سطحها مصممة خصيصًا لإرسال إشارات عبر الخلية عندما تتلامس الخلية مع أنواع معينة من الجزيئات.تلعب مستقبلات TGF-ß هذا الدور. يرسلون إشارات عبر مسارات معينة في الخلية. من أهم المسارات البروتين Dpc4 ، والذي غالبًا ما يتحور في سرطان البنكرياس. وبالتالي ، فإن الطفرات أو حذف مستقبلات TGF-ß هي طريقة أخرى تجعل الخلايا السرطانية مقاومة لعناصر التحكم في النمو الطبيعي التي تعمل في الجسم. هناك نوعان من مستقبلات TGF-ß ، تسمى مستقبلات النوع الأول والمستقبلات من النوع الثاني. حوالي 2٪ من سرطان البنكرياس لديهم طفرات من كل نوع من أنواع المستقبلات. كنا أول من اكتشف طفرات من النوع الثاني من المستقبلات في سرطان البنكرياس ، وأول من اكتشف التعطيل الجيني للمستقبلات من النوع الثاني في أي نوع من أنواع السرطان.

ماذا عن أكتيفين؟

هناك بروتينات أخرى مشابهة لـ TGF-ß ، وتحتاج هذه البروتينات الأخرى إلى نظام المستقبل الخاص بها أيضًا. واحد من هؤلاء يسمى أكتيفين. لا يُعرف الكثير عن أكتيفين في السرطانات ، ولكن يبدو أنه يثبط نمو الخلايا تمامًا كما يفعل TGF-ß. ومع ذلك ، فقد تركز معظم الاهتمام على TGF-ß. قررنا أن نلقي نظرة على نظام أكتيفين ، وكنا أول من اكتشف طفرات في مستقبلات نوع أكتيفين 1 بي في سرطان الإنسان. حوالي 2 ٪ من سرطانات البنكرياس لديها تعطيل جيني لمستقبلات اكتيفين من النوع 1B ، والذي من المتوقع أن يمنع أكتيفين من أداء دوره في التحكم في عدد الخلايا السرطانية.

BRCA2 & # 9660

هذا هو جين سرطان الثدي ، أليس كذلك؟

نعم و لا. استخدم المختبر RDA لتحديد الحذف متماثل اللواقح في سرطان البنكرياس ، وحدث هذا الحذف ليشمل موقع جين BRCA2 الذي تم البحث عنه كسبب لسرطان الثدي العائلي. بمساعدة التوطين المتاح من سرطان البنكرياس ، تم العثور على BRCA2 من قبل محققين آخرين. ثم بحث المختبر عن طفرات BRCA2 ووجدها في ما يقرب من 7٪ من سرطانات البنكرياس المتفرقة. يبدو أن سرطانات الثدي والمبيض والبنكرياس يمكن أن تحدث جميعها بمعدلات أعلى في العائلات التي ترث طفرة في جين BRCA2. ومع ذلك ، فإن بعض هذه العائلات لديها حالات قليلة جدًا من السرطان ، وبدون الاستفادة من الدراسات الجينية ، لن يبدو نمط السرطان عائليًا بشكل واضح ، ولكن سيبدو متقطعًا.

LKB1 / STK11 - جين Peutz-Jeghers & # 9660

هذا يشير إلى متلازمة تنتشر في العائلات ، أليس كذلك؟

نعم ، في وقت مبكر من هذا القرن ، وصف طبيب يُدعى الدكتور بوتز المرضى الذين يعانون من عدة سلائل في الأمعاء. في وقت لاحق ، أبلغ الدكتور جيجر عن حالات إضافية ، بعضها درس هنا في جونز هوبكنز. في أواخر الثمانينيات ، أفاد الدكتور جيارديلو من هوبكنز أن الأشخاص الذين يعانون من هذه المتلازمة معرضون بشكل كبير للإصابة بسرطان البنكرياس. في عام 1999 ، عمل مختبر كيرن والدكتور هروبان والمتعاونون في هولندا معًا للعثور على دليل على هذا الارتباط. من المعروف أن المرضى الذين يعانون من هذه المتلازمة لديهم نسخة طافرة واحدة من جين LKB1 / STK11. وجدت مجموعة هوبكنز أنه في أحد سرطانات هؤلاء المرضى ، فقدت النسخة الطبيعية المتبقية من الجين. ثم أظهروا أيضًا أن حوالي 5 ٪ من سرطانات البنكرياس والقنوات الصفراوية من مرضى ليس لديهم هذه المتلازمة ، لديهم أيضًا طفرات أو حذف لهذا الجين. وبالتالي ، فإن هذا الجين يعمل على منع ظهور سرطان البنكرياس ، وتحدث التغيرات الجينية في الجين في الآلاف من سرطانات البنكرياس كل عام.

الحمض النووي التيلومير والميتوكوندريا & # 9660

التيلوميرات تفعل ماذا؟

التيلوميرات هي نهايات الكروموسومات. إنها مثل أغطية على عمود سياج ، هياكل خاصة تمنع الكروموسومات من الانهيار عندما يحدث ذلك ، يمكن أن يفقد الكروموسوم (يحذف) الجينات من المنطقة ، أو يمكن أن تنضم النهاية المكسورة مع الكروموسومات الأخرى لتشكيل إزاحة. لقد وجدنا أن جميع الأشكال المبكرة من أورام البنكرياس ، السلائف للسرطان ، لها تيلوميرات قصيرة بشكل كبير. نعتقد أن هذا هو السبب الأساسي للعديد من التغيرات الجينية في قنوات البنكرياس ، وهي تغييرات يمكن أن تؤدي على مدى عقود إلى تطور السرطان. بدون فقدان الكثير من الحمض النووي التيلومري ، من الممكن ألا يصاب الناس أبدًا بسرطان البنكرياس.

ما علاقة الميتوكوندريا بالسرطان؟

قد تكون الإجابة على هذا السؤال مفاجأة. الميتوكوندريا هي مراكز الطاقة في الخلية ، حيث يتم استهلاك الأكسجين لإنتاج الطاقة الكيميائية لوظائف الخلية الأخرى. لا توجد الميتوكوندريا في نواة الخلية حيث يقيم معظم الحمض النووي الخلوي ، ولدى الميتوكوندريا بالفعل حمضها النووي المنفصل. الغالبية العظمى من سرطانات البنكرياس لها طفرات في الحمض النووي للميتوكوندريا. ولكن نادرًا ما يبدو أن هذه الطفرات لها تأثير على وظائف الميتوكوندريا الطبيعية. قد تكون هذه الطفرات مجرد مرافقة طبيعية للشيخوخة. لا نعرف حتى الآن ما إذا كان للميتوكوندريا أي دور خاص في المساعدة على إنتاج السرطانات. ولكن نظرًا لأن الخلايا السرطانية في البنكرياس لديها مثل هذه الزيادة الهائلة في كمية الحمض النووي للميتوكوندريا مقارنة بالخلايا الطبيعية ، فقد يكون من الأسهل في المستقبل اكتشاف السرطان عن طريق اكتشاف طفرات الميتوكوندريا بدلاً من اكتشاف الطفرات في الحمض النووي النووي.

كروموسومات مختلفة & # 9660

1p ، 3p ، 6p & amp q ، 8p ، 10q ، 12q ، 13q ، 18p ، 21q ، 22q

خارطة طريق للاكتشافات المستقبلية.

أظهر لنا allelotype عددًا كبيرًا من مواقع الكروموسومات التي تم حذفها في سرطان البنكرياس. من المعروف أن بعض هذه الجينات لديها جينات متحولة. على سبيل المثال ، تساعد عمليات حذف 17p (الذراع القصيرة للكروموسوم 17) على تعطيل الجينات p53 و MKK4 الموجودة هناك. يوجد الجين p16 على 9p ، أما جين DPC4 في 18q. ولكن هناك أذرع كروموسومية أخرى لم يتم حذفها بشكل شامل ، ولكن لوحظت خسائر في 40-60٪ من سرطانات البنكرياس. هذه المواقع مذكورة أعلاه ، ويُشتبه أيضًا في احتوائها على جينات مثبطة للورم. نظرًا لكثرة هذه المواقع ، فمن المحتمل أنها تلعب دورًا مهمًا في تحديد السلوك العدواني للورم. بعضها موصوف بمزيد من التفصيل:

1 ص - تُفقد منطقة من الذراع القصيرة للكروموسوم 1 في ما يقرب من 50٪ من السرطانات. يقع الجين p18 ، الذي يشفر مثبطًا للكيناز المعتمد على السيكلين يشبه إلى حد كبير p16 ​​، في هذه المنطقة من 1p ، ولكنه لا يتحور في السرطانات ، وبالتالي يظل الجين الكابت للورم في 1p غير معروف.

8 ص - تُفقد منطقة من الذراع القصيرة للكروموسوم 8 في ما يقرب من 50٪ من السرطانات. في إحدى مناطق هذا الكروموسوم ، يُعرف خط خلوي به حذف لكلتا النسختين ، لكن لم يتضح بعد أن هناك جينًا مثبطًا للورم موجود هناك.

18 ص - من المحتمل أن تحدث خسائر 18p بسبب فقدان نسخة كاملة من الكروموسوم 18 ، بما في ذلك الذراعين القصير (p) والطويل (q). نظرًا لأن المختبر قد حدد جينًا رئيسيًا مثبطًا للورم (DPC4) على ذراع q ، فإنهم ينظرون إلى فقدان الذراع على أنه "طفرة راكبة" ، تحملها الخسائر التي تؤدي إلى تعطيل نشاط واحد أو أكثر من الجينات في 18q. يتم حذف كلتا نسختين من جين DCC في عدد قليل من سرطانات البنكرياس ، لكن DCC هو جين كبير يصعب دراسته.

22 س - يوجد جين مثبط للورم يسمى Schwannomin (SCH) على الكروموسوم 22q ، ويتحور في الورم العصبي الليفي من النوع 2. لم يجدوا طفرات في SCH في سرطان البنكرياس. مرة أخرى ، ربما يوجد جين آخر مثبط للورم في الكروموسوم وينتظر من يكتشفه.

صورة FISH لسرطان البنكرياس & # 9660

التهجين الفلوري في الموقع (FISH) باستخدام طلاء كروموسومي للكروموسوم 13 (باللون الأخضر) ومسبار بالقرب من جين BRCA2 (باللون الأحمر) ، مطبق على طور طوري من خط خلايا سرطان البنكرياس Colo357. يحتوي خط الخلية هذا على إزفاء بالقرب من جين BRCA2 ، ولكن ليس بالضبط. إذا نظرت بعناية ، سترى اللون الأخضر يمتد على جانبي النقاط الحمراء ، مما يشير إلى أن جين BRCA2 موجود بالكامل داخل جزء غير مضطرب من الكروموسوم 13. الأشكال المتعددة للكروموسوم 13 ، بما في ذلك كلاهما "وجهاً لوجه" وعمليات إعادة ترتيب "الرأس إلى الذيل" التي تنتج نسخة مزدوجة من الكروموسوم ، بالإضافة إلى بعض النسخ العادية من الكروموسوم ، توضح جيدًا عمليات إعادة ترتيب الكروموسومات الغريبة التي يمكن رؤيتها في سرطان البنكرياس. لاحظ أيضًا النسخ الثماني للكروموسوم بدلاً من النسختين العاديتين. هذا هو أحد مظاهر خاصية الخلايا السرطانية المسماة "اختلال الصيغة الصبغية" ، حيث يتم تغيير عدد الكروموسومات وهيكلها.


النماذج المبكرة لانتقال المرض والتوريث في الاضطراب ثنائي القطب

في بعض العائلات ، ينتقل الاضطراب ثنائي القطب على مدى عدة أجيال ، وهو ما يشبه إلى حد كبير الاضطراب المندلي (10 ، 11). كانت هذه الملاحظة مصدر إلهام للباحثين في الأصل لدراسة سلالات نادرة وكبيرة متعددة الأجيال في ظل افتراض وجود جين واحد ذي حجم تأثير كبير ووراثة سائدة أو متنحية أو مرتبطة بالكروموسوم X (12 ، 13). بعد الحماس الأولي المدعوم بإشارات ارتباط جيني قوية ، سرعان ما تم اكتشاف أن هذه النتائج لا يمكن تكرارها (14). قد يكون الاختراق غير الكامل والتغايرية المسببة للأسباب وأحداث إعادة التركيب قد ساهمت في فشل النسخ المتماثل. ومع ذلك ، فمن المحتمل أيضًا أن نموذج المرض الأساسي لم يكن مدعومًا بالبيانات. بعد كل شيء ، لم تدعم جميع دراسات الفصل نموذجًا للمرض مبنيًا على موقع مرض رئيسي واحد (15 & # x0201318). كما أن التكرار المرتفع للاضطراب ثنائي القطب يميز المرض بوضوح عن الاضطرابات المندلية النادرة. نتيجة لذلك ، سرعان ما تم رفض فكرة موقع خطر رئيسي واحد (19 ، 20).


علم الوراثة من ASD

تحديد جينات مخاطر المرشح ASD

بعد تصنيف التوحد من قبل كانر ، بذلت جهود بحثية لتحديد مسببات المرض. على الرغم من أنه كان من المفترض في البداية أن يكون من أصل بيئي ، إلا أن الفهم المحسن لدور الجينات في صحة الإنسان سرعان ما اقترح خلاف ذلك. في عام 1977 ، أجرى فولشتاين وروتر (1977) دراسات توأمية على ملاحظة أن معدل الإصابة بين الأشقاء كان أعلى من المتوسط ​​بنسبة 50 & # x00D7. وجدوا أن التوائم أحادية الزيجوت كانت أكثر عرضة للمشاركة في التشخيص من التوائم ثنائية الزيجوت ، مما يشير إلى وجود تأثير وراثي. بيلي وآخرون. (1995) أيدت هذه النتيجة ، حيث وثق 60 ٪ من التوافق بين التوائم أحادية الزيجوت مقابل عدم وجود أزواج ثنائية الزيجوت المتوافقة. بالإضافة إلى ذلك ، وُجد أن خطر إصابة الطفل بالتوحد يتناسب مع النسبة المئوية من الجينوم الذي يتقاسمه مع الأخ أو الوالد المصاب (Constantino et al.، 2010 Risch et al.، 2014 Sandin et al.، 2014). بحلول نهاية القرن ، تم تأسيس ASD بحيث يحتوي على بعض المكونات الجينية ، على الرغم من أن الجينات المعنية ظلت لغزا.

بدأت دراسات النمط النووي المبكرة التي توثق تشوهات الكروموسومات في إلقاء الضوء على مناطق الجينوم المتورطة (Gillberg and Wahlstr & # x00F6m، 1985). تقوم مواقع الحساسية الإضافية بمسح المناطق المتورطة في الكروموسوم 7q ، 1p ، 3q ، 16p ، و 15q (IMGSAC ، 1998 Barrett et al. ، 1999 Buxbaum et al. ، 2001 International Molecular Genetic Study of Autism Consortium [IMGSAC] ، 2001 Liu et al. ، 2001 Auranen et al.، 2002 Lamb et al.، 2002 Shao et al.، 2003 Risch et al.، 2014). ومع ذلك ، للتحقيق في القرار على مستوى الجينات ، كان على الدراسات المبكرة استخدام النهج المرشح. تضمنت الأهداف المفترضة جينات من مناطق كروموسومية مشتبه بها لعبت دورًا مهمًا في التطور العصبي ، مثل homeobox (هوكس) الأسرة أو Wnt الجينات. ليس من المستغرب أن العديد من الدراسات المبكرة التي استخدمت هذه الطريقة كانت غير حاسمة إلى حد كبير (كريبس وآخرون ، 2002 لامب وآخرون ، 2002 تاليبيزاده وآخرون ، 2002 زانغ وآخرون ، 2002). بدءًا من عام 2001 ، حقق نهج المرشح نجاحًا معتدلًا مع النتائج التي تدعم ريلين (ريلن) ، homeobox ذو الصلة aristaless (Arx) ، بروتين ربط ميثيل سي بي جي 2 (MeCP2) ، نيوروليجين 3 (NLGN3) ، نيوروليجين 4 (NLGN4) ، التصلب الحدبي المركب 2 (TSC2) ، ويوبيكويتين بروتين ليجاسى E3A (UBE3A) & # x2019s في مسببات ASD (Persico et al.، 2001 Str & # x00F8mme et al.، 2002 Carney et al.، 2003 Jamain et al.، 2003 Serajee et al.، 2003 Jiang et al.، 2004).

في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين ، أحدث ظهور التسلسل عالي الإنتاجية ثورة في البحث الجيني ومكّن الباحثين من دراسة ASD على مستوى الجينوم بأكمله. أكدت تقنية التسلسل بسرعة أن مسببات ASD متعددة الجينات وغير متجانسة للغاية ، مع وجود عدد قليل جدًا من المتغيرات المسببة للأمراض نفسها في نسبة كبيرة من الأفراد المصابين. من المعروف الآن أن الحالة المتوسطة هي نتاج العديد من الاختلافات التي تزيد من قابلية الإصابة. عدد قليل فقط من الأمراض المرتبطة بالتوحد لها أسباب أحادية المنشأ ، مثل متلازمة ريت ، ومتلازمة إكس الهش ، والتصلب الحدبي ، ومتلازمة شورز & # x2013Hoeijmakers (Artuso et al.، 2011 Stern et al.، 2017 Woodbury-Smith and Scherer، 2018) . تم إجراء العشرات من الدراسات الجينية واسعة النطاق منذ ذلك الحين على مرضى ASD وعائلاتهم ، مما أدى إلى تحديد مئات الجينات الخطرة. في حين أن هذه البروتينات لها وظائف متنوعة ، فإن غالبية الضربات القابلة للتكرار تأتي من فئتين عريضتين من البروتينات: تلك التي تشارك في تكوين المشبك ، وتلك التي تشارك في تنظيم النسخ ومسارات إعادة تشكيل الكروماتين (De Rubeis et al. ، 2014).

تشمل جينات الخطر المرتبطة بالمشابك تلك التي تشفر بروتينات التصاق الخلايا مثل نيوروليجينز ، نيوركسينز ، وكادرين حويصلات متشابكة ، بروتينات synapsin-1 (SYN1) و synapsin-2 (SYN2) ، بروتينات نقل الأيونات مثل قناة ألفا الفرعية 2 ذات الجهد الكهربائي للصوديوم. (SCN2A) ، الوحدة الفرعية لقناة الكالسيوم المغطاة بالجهد alpha1 E (CACNA1E) ، وحدة فرعية مساعدة بقناة الجهد الكهربي بيتا 2 (CACNB2) ، عائلة فرعية لقناة الجهد الكهربي البوتاسيوم Q أعضاء 3 و 5 (KCNQ3 و KCNQ5) ، بوتاسيوم الجهد بوابات المجموعة الفرعية للقناة D عضو 2 (KCND2) ، بروتين إشارات مستقبلات الجلوتامات SH3 ومجالات تكرار ankyrin متعددة 3 (SHANK3) ، بروتين منشط 1 (SYNGAP1) ، وحمض جاما أمينوبوتيريك من النوع A وحدة فرعية جاما 3 (GABRG3) (Jamain et al.، 2003 Durand et al.، 2012 Schmunk and Gargus، 2013 Gioved & # x00ED et al.، 2014 Stessman et al.، 2017). في الجسم الحي تدعم البيانات الآثار المترتبة على أمراض المشبك وتشكيل الشبكة العصبية غير الطبيعي في ASD.

تؤثر مواضع الحساسية الإضافية على نسخ البروتينات الأخرى من خلال آليات مختلفة. على سبيل المثال ، وجدت دراسات متعددة زيادة من جديد الحمل الطفري في العناصر التنظيمية لجينات خطر التوحد لدى المرضى (Turner et al.، 2016، 2017 Short et al.، 2018). تشمل الفئة الواسعة من جينات الحساسية التي تؤثر على مسارات النسخ وإعادة تشكيل الكروماتين MeCP2 ، UBE3A، بروتين كرومودومين هيليكاز الرابط للحمض النووي 8 (CHD8) ، homeobox المعتمد على النشاط العصبي (ADNP) ، عنصر pogo القابل للنقل مشتق من مجال ZNF (POGZ)، بروتين التخلف العقلي الهش X (FMRP) ، ومربع forkhead ملزم RNA (RBFOX) الجينات (Carney et al.، 2003، p.2 Samaco et al.، 2005 De Rubeis et al.، 2014 Stessman et al.، 2017 Tran et al.، 2019). هذه المتغيرات المسببة للأمراض لديها القدرة على إحداث آثار واسعة الانتشار للغاية. على سبيل المثال ، Tran et al. (2019) أظهر ذلك مؤخرًا FMRP والبروتين X الهش 1 (FXRP1) يمكن أن تؤدي الطفرات إلى نشاط غير طبيعي لإنزيم تحرير الحمض النووي الريبي ، مما يؤدي إلى تحيز عالمي لحدوث نقص في الأدينوزين إلى إنوزين في أدمغة ASD. تتم مناقشة الأنماط الظاهرية المتنوعة التي قد تنتج عن ذلك في قسم علم التخلق.

الفسيفساء الجسدية ومخاطر ASD

كان يُعتقد تقليديًا أن الاختلافات المسببة للمرض تكون عائلية / موروثة وموجودة في كل خلية في الجسم. ومع ذلك ، فإن دور الفسيفساء الجسدية ، الناتج عن طفرة ما بعد اللاقحة في الحمض النووي ، يتم الاعتراف به بشكل متزايد باعتباره حاسمًا للعديد من أمراض النمو العصبي بما في ذلك التوحد (Poduri et al. ، 2013 Ronemus et al.، 2014 D & # x2019Gama and Walsh ، 2018). أثناء تكوين الخلايا العصبية ، ينتج عن كل سلف ما يقرب من خمسة متغيرات نيوكليوتيد مفردة (SNV) يوميًا حيث يتطور الدماغ بسرعة (Bae et al.، 2018 D & # x2019Gama and Walsh، 2018). تقدر الدراسات أن من جديد الاختلافات المسببة للأمراض ، ما يقرب من 5 & # x20137 ٪ ما بعد الزيجوت ، على الرغم من الإبلاغ عن تقديرات تصل إلى 22 ٪ (Acuna-Hidalgo et al. ، 2015 Freed and Pevsner ، 2016 Krupp et al. ، 2017 Lim et al. ، 2017). معظم الطفرات غير ضارة ، لكن الاختلافات في الإكسونات يمكن أن تكون ضارة للغاية. تم ربط الاختلافات الجسدية المسببة للأمراض باضطراب طيف التوحد ومتلازمة ريت والتصلب الحدبي والإعاقة الذهنية والفصام والعديد من الاضطرابات الأخرى (كلايتون سميث وآخرون ، 2000 بوردون وآخرون ، 2001 تشين وآخرون ، 2010 جيليسن وآخرون ، 2014 Acuna-Hidalgo et al.، 2015 Tyburczy et al.، 2015 Freed and Pevsner، 2016 Dou et al.، 2017 Doyle et al.، 2017 Krupp et al.، 2017 D & # x2019Gama and Walsh، 2018).

حتى وقت قريب ، كان فهمنا للفسيفساء الجسدية في ASD مقصورًا بشكل أساسي على تقارير الحالة (أوليفيرا وآخرون ، 2003 Sauter وآخرون ، 2003 Papanikolaou et al. ، 2006 Havlovicova et al. ، 2007 Yurov et al. ، 2007 Castermans et al. ، 2008 Kakinuma et al. ، 2008 Vorstman et al. ، 2011). كانت العديد من التحقيقات الحديثة لبيانات تسلسل exome (WES) الكاملة من مجموعات كبيرة مفيدة في تشكيل فهمنا لدور الفسيفساء الجسدية ، والتي تقدر حاليًا بحوالي 3 & # x20135 ٪ من حالات ASD البسيطة (Freed و Pevsner ، 2016 كروب وآخرون ، 2017). ليم وآخرون. (2017) استخدم تحليل WES لـ 5947 أسرة متأثرة بالتوحد وحدد أن الاختلافات الجسدية في الأفراد المصابين بالتوحد كانت أكثر عرضة للتواجد في exons الحرجة من الاختلافات في الأشقاء الضابطين. ومن المثير للاهتمام ، أنهم وجدوا أن المتغيرات المسببة للأمراض قد عززت التعبير في اللوزة ، وهي منطقة حاسمة للاستجابة العاطفية والوعي الاجتماعي (Rasia-Filho et al. ، 2000). في دراسة أخرى كبيرة لـ WES ، تم إثراء جينات الخطر الجديدة التي تم تحديدها في المخيخ ، مما يشير إلى صعوبة التنسيق المحتملة التي يمكن أن تكون مرتبطة باضطرابات المشي الشائعة لدى الأطفال المصابين بالتوحد (Dou et al. ، 2017). قام Freed and Pevsner (2016) بتحليل 2،388 عائلة وحدد تحيزًا أكيدًا للاختلافات الفسيفسائية المسببة للأمراض في أفراد ASD بالنسبة إلى الأشقاء غير المتأثرين. أكدت دراسات التسلسل واسعة النطاق لطفرات ما بعد اللاقحة الجينات المرشحة المتورطة سابقًا ، مثل SCN2A، بالإضافة إلى الكشف عن العشرات من جينات الخطر الجديدة وتأسيس الفسيفساء الجسدية كعامل مهم في مسببات ASD (Lim et al. ، 2017).

CNVs تساهم في حساسية ASD

تعد اختلافات رقم النسخ (CNVs) متغيرات هيكلية دون مجهرية في الكروموسومات تشمل التكرار ، والحذف ، والانتقالات ، والانعكاس ، والتي تمتد أحيانًا إلى عدة كيلوبتات (مارشال وآخرون ، 2008). CNV يمكن أن يكون موروثًا أو ينشأ من جديد (ثابار وكوبر ، 2013).قد تتأثر العديد من الجينات بهذه التغييرات ، ولكنها ليست كلها بالضرورة من العوامل المسببة للمرض. لقد وجدت الدراسات حملاً أعلى من التنوعات في عدد النسخ الجينية النادرة لدى الأفراد المصابين بالتوحد ، مما يشير إلى هذه المتغيرات في أمراض ASD (Sebat et al. ، 2007 Pinto et al. ، 2010 Pizzo et al. ، 2019). يُفهم الآن CNV على أنه عامل مهم للغاية في قابلية ASD ، وتفترض التقديرات الحالية أن هذه الاختلافات تسبب بشكل مباشر ما يقرب من 10 ٪ من حالات ASD (Geschwind ، 2011).

تم إجراء دراسات حول كيفية مساهمة CNVs الفردية في ASD للمتغيرات الهيكلية الأكثر تكرارًا ، مثل 16p11.2 الازدواجية. غالبية الجينات الـ 25 في هذه المنطقة نشطة للغاية أثناء تطور الجهاز العصبي وهي ضرورية للتكوين السليم (Blaker-Lee et al. ، 2012). بينما يشير تغيير العديد من الجينات المشاركة في التنمية إلى آلية للأعراض المتنوعة التي لوحظت في ASD ، فإن Golzio et al. (2012) أن جينًا واحدًا فقط في منطقة 16p11.2 ، مجال رباعي قناة البوتاسيوم يحتوي على 13 (KCTD13) ، يبدو أنه المحرك الرئيسي للأمراض العصبية والنفسية. يُعتقد أن ازدواجية أو حذف هذا الجين يؤثر على الانتقال المشبكي من خلال التنظيم المتغير لعضو عائلة Ras homolog A (RHOA) (إسكاميلا وآخرون ، 2017). ومع ذلك ، فإن Escamilla et al. (2017) افترض ذلك أيضًا KCTD13 من غير المحتمل أن تكون عمليات الحذف وحدها كافية للمرض. تقترح نماذج الفأر جينًا آخر في منطقة 16p11.2 كمحرك للمرض & # x2013 بروتين كيناز المنشط بالميتوجين 3 (خريطة 3) & # x2013 مع عمليات الحذف التي أدت إلى تغيير البنية الخلوية القشرية وتقليل حجم الدماغ (Pucilowska et al. ، 2015). من المحتمل أن يكون الدافع الحقيقي للمرض في 16p11.2 الازدواج أو الحذف ليس من جين واحد فقط ، بل هو تفاعل بين جميع الـ 25 الذين يساهمون في القابلية للإصابة. إيير وآخرون. (2018) حقق بشكل منهجي في التفاعل بين الجينات في منطقة 16p11.2 ، باستخدام RNAi in ذبابة الفاكهة لاختبار 565 ضربة قاضية زوجية. بالإضافة إلى 24 تفاعلًا معدلاً تم اكتشافها بين أزواج من الجينات داخل منطقة 16p11.2 ، وجدوا أيضًا 46 تفاعلًا بين جينات 16p11.2 وغيرها من الجينات المشاركة في النمو العصبي (Iyer et al. ، 2018). يشير هذا بقوة إلى أن تعديل التفاعلات داخل CNVs ينتج عنه أنماط ظاهرية معقدة تمت ملاحظتها وقد لا يتم توضيحها من الدراسات التي أجريت على جينات مفردة ، وهي ظاهرة من المحتمل أن تكون صحيحة بالنسبة لمناطق CNV الأخرى بالإضافة إلى 16p11.2.

لا يتم دراسة آليات المرض الخاصة بـ CNVs الأخرى بشكل متكرر بسبب ندرة المناطق المصابة بشكل شائع. حتى CNVs المرتبطة باضطراب طيف التوحد الأكثر انتشارًا ، مثل 15q11-13 وكذلك 16p11.2 ، موجودة فقط في حوالي 1 ٪ من حالات التوحد (Kumar et al. ، 2008 Marshall et al. ، 2008 Weiss et al. ، 2008 مارشال وشرير ، 2012). بالإضافة إلى ذلك ، لا توجد CNVs معروفة بدراسات الاختراق الكاملة التي تجد CNVs ذات الارتباط الكبير بـ ASD غالبًا ما تكتشف ناقلات غير ASD ، أو أشقاء ASD بدون المتغير (Marshall et al. ، 2008). أحد الأساليب المفيدة في خضم هذا التغاير هو تقييم الشبكات الوظيفية المشتركة المتأثرة. بشكل متكرر ، أظهرت الدراسات أن الأفراد المصابين بالتوحد لديهم عمليات حذف في الجينات المشبكية ، مثل شانك 3، dipeptidyl peptidase-like 10 (DPP10) و neuroligins و neurexins (The Autism Genome Project Consortium et al.، 2007 Marshall et al.، 2008 Glessner et al.، 2009 Pinto et al.، 2010، 2014 Marshall and Scherer، 2012). تشمل مجموعات الجينات الوظيفية الشائعة الأخرى مع CNVs النادرة تلك التي تشارك في تكاثر الخلايا وتطويرها ، وتنظيم الكروماتين ، ومسارات يوبيكويتين (Glessner et al. ، 2009 Pinto et al. ، 2010 ، 2014).

مع بعض CNVs ، يبدو أن جرعة رقم النسخ تؤثر على النمط الظاهري للمرض. على سبيل المثال ، Horev et al. (2011) لاحظ تأثيرًا يعتمد على الجرعة وتغيرًا في بنية الدماغ في الفئران مع 16p11.2 الحذف والتكرار ، ولكن هذا التأثير لم يتم تحديده في البشر (Kumar et al. ، 2008). دراسة أخرى تبحث في CNV في الموقع الذي يحتوي على UBE3A أبلغ الجين أيضًا عن وجود علاقة إيجابية بين الازدواجية وسمات التوحد في الفئران ، بالإضافة إلى انخفاض انتقال متشابك الجلوتاماتيرجيك (سميث وآخرون ، 2011). في البشر ، ستيفانسون وآخرون. قام (2014) بتحليل منطقة 15q11.2 CNV للأفراد المصابين بالتوحد ووجد منطقتين دماغيتين لهما تأثيرات هيكلية ووظيفية تعتمد على الجرعة. ومن المثير للاهتمام ، أن بعض الضوابط غير ASD / الفصام الذين تم تشخيصهم بعسر القراءة وعسر الهضم أظهروا أيضًا نفس التغييرات الهيكلية (Stefansson et al. ، 2014). في دراسة أخرى مع البشر ، Girirajan et al. (2013) عن تأثير يعتمد على الجرعة من تحليل المصفوفة الدقيقة مع CNVs المحددة في الجينات المرتبطة بالتوحد ، وإيجاد علاقة إيجابية بين زيادة حجم الازدواجية وزيادة شدة التوحد ، ولكن لا يوجد ارتباط بين حجم الازدواجية ومعدل الذكاء غير اللفظي. غالبًا ما يكون CNV مساهمًا حرجًا ومعقدًا في مخاطر ASD ، ولكن المرضى الذين يعانون من متغيرات هيكلية مماثلة قد يكون لديهم أنماط ظاهرية شديدة التغير. ستناقش الأقسام التالية كيف تلعب المعدلات غير المسببة دورًا مهمًا في تعديل إمراضية CNV.

تنظيم الوراثة اللاجينية و ASD

تشترك الجينات ذات وظائف التعديل الوراثي اللاجيني بشكل كبير في قابلية ASD. قدرت مراجعة حديثة لـ 215 جينًا مرشحًا أن 19.5 ٪ عبارة عن منظمات جينية ، مما يشير إلى إمكانية وجود أنماط ظاهرية متنوعة للأمراض من عدد قليل من المتغيرات المسببة للأمراض (Duffney et al. ، 2018). اقترحت دراسة أخرى أن الجينات الخطرة ذات الاختراق العالي كانت موجودة عادةً في النواة وتشارك في تعديل التعبير ، أو مرتبطة بشبكة تفاعل البروتين والبروتين الضرورية في توجيه النمط التنموي للجهاز العصبي المركزي (Casanova et al. ، 2016). توضح الدراسات التوأم بشكل خاص الطرق العميقة التي يمكن للوراثة اللاجينية أن تعدل بها النمط الظاهري للمرض ، على سبيل المثال ، أشارت دراسة أجريت على 50 زوجًا من التوائم أحادية الزيجوت غير المتوافقة مع ASD إلى العديد من المناطق الميثيلية التفاضلية المرتبطة بالتوحد ، مع وجود أنماط مثيلة في بعض مواقع CpG شائعة لمجموعات الأعراض (Wong et al. ، 2014).

على الرغم من أن المجتمع العلمي والطب لا يزال لديه الكثير ليتعلمه عن التعديل اللاجيني لاضطراب طيف التوحد ، فقد ظهرت أنماط من الدراسات اللاجينومية واسعة النطاق. غالبًا ما تشتمل مواقع القابلية على الجينات المشاركة في المثيلة مثل KMT2C، ليسين ميثيل ترانسفيراز 5 ب (KMT5B) و ليسين ديميثيلاز 6 ب (KDM6B) بروتينات إعادة تشكيل الكروماتين بما في ذلك بروتينات MeCP2 و CHD8 و POGZ RNA المرتبطة / الربط مثل FMRP وعائلة RBFOX وبروتينات التعديل بعد الترجمة مثل UBE3A و mindbomb E3 ubiquitin بروتين ligase 1 (MIB1) أو عوامل النسخ مثل ADNP والجنس الإضافي أمشاط مثل 3 (ASXL3) (De Rubeis et al. ، 2014). يمكن أن تتراوح أهداف هذه البروتينات من بضع إلى مئات ، وغالبًا ما تتضمن مسارات متورطة سابقًا في التوحد ، مثل التكوين المشبكي. لتوضيح كيف يمكن للطفرات في منظم جيني واحد أن تعدل العديد من جينات الخطر الأخرى ، سننظر أكثر بعمق في اثنين من جينات القابلية الرئيسية: MeCP2 و UBE3A.

MeCP2 هو معدل كروماتين متورط باستمرار في ASD. في الفرد السليم ، ثبت أن الإجراء الملزم لـ MeCP2 ينظم العديد من الجينات ذات الوظيفة التشابكية ، مثل جبر 3، عامل التغذية العصبية المشتق من الدماغ (BDNF) ، homeobox 5 بدون القاصي (DLX5) ، الأنسولين مثل بروتين رابط عامل النمو 3 (IGFBP3) ، كيناز يعتمد على السيكلين مثل 1 (CDKL1) ، protocadherin beta 1 (PCDHB1) ، بروتوكادرين 7 (PCDH7) و lin-7 homolog A (LIN7A) (Samaco et al.، 2005 Kubota and Mochizuki، 2016). كما أنه يخدم وظائف ما بعد الترجمة (Cheng and Qiu ، 2014). بالإضافة إلى ذلك ، فإن MeCP2 هو العامل المحدد للمعدل في تنظيم تكوين المشبك الجلوتاماتي أثناء التطور ، مما يشير إلى مشاركته في جانب مهم آخر من جوانب أمراض ASD (Chao et al. ، 2007). يظهر أن MeCP2 ينخفض ​​في القشرة الأمامية لأفراد ASD بسبب زيادة مثيلة مروجها (Samaco et al. ، 2005 Nagarajan et al. ، 2006 ، 2008).

UBE3A ، وهو بروتين إيوبيكويتين ليجاز ، هو ثاني منظم جيني هام متورط بقوة في علم أمراض ASD. يتم تعديله بواسطة MeCP2 ، ولكن يمكن أن يكون مسببًا من تلقاء نفسه (Samaco et al. ، 2005 ، p.2). UBE3A تقع في منطقة الكروموسومات 15q11-13 ، والتي تتكرر عادة في التوحد. ارتبطت التأثيرات المعتمدة على الجرعة بشكل إيجابي مع انخفاض الانتقال التشابكي الاستثاري ، وتأخير الكلمة الأولى ، والانحدار النفسي الحركي (Guffanti et al. ، 2011 Smith et al. ، 2011 Xu et al. ، 2018). يمكن افتراض آلية النشاط المرضي لـ UBE3A & # x2019s بناءً على وظيفتها باعتبارها ubiquitin ligase ، والتي تستهدف البروتينات للتحلل ، لكن البحث لا يزال يكشف بالضبط كيف تحدث هذه الاضطرابات المعتمدة على الجرعة. لي وآخرون. (2014) حددت أربعة بروتينات مرتبطة بالبروتينات كانت ركائز مباشرة لـ UBE3A. الإفراط في التعبير عن UBE3A وأحد ركائزها ، البروتيازوم 26S الوحدة الفرعية ، non-ATPase 4 (10 روبية) ، أدى إلى زيادة تراكم البروتينات المنتشرة ، مما يشير إلى خلل في توازن البروتينات. لقد تورطت صحة البروتيوزوم بقوة في نمو العمود الفقري التغصني ، وربط UBE3A بأحد الأمراض الرئيسية التي لوحظت في التوحد (هاميلتون وآخرون ، 2012 بورام وآخرون ، 2013). يمكن أن يتسبب مشاركتها في إشارات Wnt أيضًا في حدوث اضطراب كبير أثناء التطوير (Yi et al. ، 2017). MeCP2 و UBE3A مجرد مثالين على كيف يمكن أن يكون للجين المتغير تأثيرات بعيدة المدى للغاية.

كما ساعدت دراسات الوراثة اللاجينية واسعة النطاق في تحقيق صورة أوسع لسوء التنظيم اللاجيني في اضطراب طيف التوحد. صن وآخرون. (2016) أجرى دراسة ارتباط هيستون أسيتيلوم واسعة على 257 عينة قشرة ما قبل الجبهية والزمانية بعد الوفاة. والمثير للدهشة أنهم وجدوا أن & # x003E68٪ من حالات المتلازمات ومجهول السبب تشترك في توقيع أسيتيلوم مشترك في ما يقرب من 5000 منطقة مُحسِنة (Sun et al. ، 2016). ومن المثير للاهتمام ، أن نموذج الفأر SHANK3 للتوحد أظهر أنماطًا سلوكية تم إنقاذها عند معالجته بمثبط هيستون ديسيتيلاز قوي ، مما يعزز دور علم التخلق في ASD (Qin et al. ، 2018). قام Ladd-Acosta وزملاؤه بقياس أكثر من 485000 موقع CpG في أنسجة المخ بعد الوفاة من 40 فردًا وحددوا أربع مناطق ميثلة تفاضلية. تم العثور على ثلاثة مواقع في الأنسجة القشرية: البروتين الغشائي الغني بالبرولين 1 (PRRT1) 3 & # x2019 UTR ، مناطق المروج لـ tetraspanin 32 (TSPAN32)، و C11orf21. الموقع الأخير ، محفز بديل للوحدة الفرعية لمركب نازعة هيدروجين السكسينات A pseudogene 3 (SDHAP3) ، في أنسجة المخيخ (Ladd-Acosta et al. ، 2014). تشمل المسارات المتأثرة المتضمنة في هذه الدراسات وغيرها انتقالًا متشابكًا ، ووظيفة المناعة ، ونقل الأيونات ، وجينات GABAergic (Nardone and Elliott ، 2016 Sun et al. ، 2016 Andrews et al. ، 2017 Zhubi et al. ، 2017).

مور وآخرون. (2015) نهجًا مختلفًا ، باستخدام بيانات تسلسل الحمض النووي الريبي الصغيرة والنتائج المرتبطة ببيانات مثيلة الحمض النووي على نطاق الجينوم للعثور على miRNAs غير المنظمة. تم ربط miRNAs التي تم التعبير عنها بشكل كبير في دماغ ASD بوظيفة التشابك ، بما يتوافق مع بيانات من العديد من الدراسات الأخرى. اكتشفوا أيضًا ارتباطًا بمستقبلات الأوكسيتوسين (OXTR) الجين ، مما يوحي بأنه ضعيف OXTR التعبير في دماغ التوحد. تم دعم هذه النتيجة من خلال دراسة وجدت أن أغشية الجنين منذ الولادة المبكرة بها فرط الميثيل OXTR، يحتمل أن يربط عامل الخطر البيئي بآلية مرضية (Behnia et al. ، 2015). جين خطر آخر له وظائف الوراثة اللاجينية هو homeobox المحفور 2 (EN2) ، وهو جين homobox مع نمط مثيلة غير عادي في ASD الذي يُفترض أنه يسبب نموًا غير طبيعي في المخيخ (James et al. ، 2013). قائمة الجينات المعرضة لاختطار طيف التوحد ذات الوظائف اللاجينية واسعة ، مما يشير إلى آلية يمكن من خلالها أن تؤدي طفرات قليلة إلى سوء تنظيم واسع النطاق للتعبير الجيني. لهذا السبب ، قد تكون الجينات ذات الوظائف اللاجينية وركائزها أهدافًا واعدة للعلاجات. على سبيل المثال ، الطفرات في FMRP، إعادة تشكيل الكروماتين ، ينتج عنه تشوهات في التعبير الجيني على نطاق واسع ، ولكن وجدت دراسة حديثة أن تثبيط برومودومين الهدف FMRP الذي يحتوي على 4 (BRD4) يخفف العديد من خصائص المرض (Korb et al.، 2017). قد تكون البروتينات ذات وظيفة التنظيم اللاجيني أيضًا أهدافًا رئيسية لمعدلات المرض ، وهو مفهوم سيتم مناقشته لاحقًا في هذه المراجعة.

تتداخل جينات مخاطر اضطراب طيف التوحد مع أمراض أخرى

كشفت دراسات التسلسل واسعة النطاق للأمراض النفسية الرئيسية عن تداخل واسع في مواقع الخطر ، مما يمثل تحديًا لتصنيف هذه الحالات على أنها اضطرابات مميزة. في عام 2013 ، أجرت مجموعة الاضطرابات العابرة لاتحاد الجينوميات النفسية (PGC) دراسة مكثفة شملت 33332 حالة و 27888 عنصر تحكم من أجل تحديد المتغيرات المسببة للأمراض المشتركة بين ASD ، والفصام ، والاضطراب ثنائي القطب ، واضطراب فرط الحركة ونقص الانتباه ، والاضطراب الاكتئابي الرئيسي (Cross- مجموعة الاضطرابات لاتحاد الجينوميات النفسية ، مجموعة الاضطرابات العابرة لاتحاد الجينوميات النفسية وآخرون ، 2013). بالإضافة إلى إنشاء درجات متفاوتة من التقاطع الزوجي ، وجدوا المواقع التي وصلت إلى أهمية على مستوى الجينوم لجميع الاضطرابات الخمسة بالقرب من الجينات التالية: سلسلة ثقيلة لمثبطات ألفا-التربسين 3 (ITIH3) ، الزرنيخ ، ميثيل ترانسفيراز (AS3MT) ، الوحدة الفرعية لقناة الكالسيوم ذات الجهد الكهربائي alpha1 C (CACNA1C)، و CACNB2. Glessner et al. (2017) أجرى أيضًا تحليلًا تلويًا واسع النطاق للمتغيرات الهيكلية عبر نفس الأمراض والمتغيرات الهيكلية المرتبطة في موقع مُخصص الحركات الخلوية 8 (قفص الاتهام 8) و KN عزر و ankyrin كرر المجالات 1 (KANK1) مع جميع الشروط الخمسة. شورك وآخرون. (2019) افترض مؤخرًا أن التنظيم غير الطبيعي للجينات في الخلايا الدبقية الشعاعية والعصبونات الداخلية أثناء منتصف الحمل هو آلية للمخاطر المشتركة ، بعد استخدام GWAS لتحديد مواقع الحساسية في الجينات بما في ذلك phosphodiesterase 1A (PDE1A) ، الوحدة الفرعية لمثبط البروتين الفوسفاتيز 1 التنظيمي 1 ج (PPP1R1C), RHOA، الغلوبولين المناعي فائق الأسرة 11 (IGSF11) ، ومجال VPS10 المرتبط بـ Sortilin والذي يحتوي على مستقبل 3 (SORC3).

تشير الدراسات أيضًا إلى مشاركة جينات القابلية للإصابة عبر مجموعة أكثر تقييدًا من الأمراض النفسية. على سبيل المثال ، تم العثور على ASD والإعاقة الذهنية (ID) والفصام لمشاركة مواقع المخاطر في أهداف FMRP ، CHD5, CHD8, SCN2A، و neurexin 1 (NRXN1) (Iossifov et al. ، 2014 Wang et al. ، 2019). وانغ وآخرون. (2019) وجد أيضًا قواسم مشتركة عبر ASD و ID والاضطراب ثنائي القطب مع زيادة حدوث من جديد المتغيرات المسببة للأمراض في منظم الساعة البيولوجية الدورية 1 (PER1) وليسين ميثيل ترانسفيراز 2 ج (KMT2C). خانزادا وآخرون (2017) وجد 23 جينة حساسية شائعة في ASD والاضطراب ثنائي القطب والفصام بما في ذلك مستقبلات الدوبامين D2 (DRD2) ، الوحدة الفرعية لمستقبلات النيكوتين ألفا 7 الكولينية (كرنا 7) ، مستقبلات 5-هيدروكسي تريبتامين 2A (HTR2A) ، عائلة الناقل المذاب 6 أفراد 3 (SLC6A3) ، وتريبتوفان هيدروكسيلاز 2 (TPH2). شاركت جينات Hit بشكل أساسي في توازن الدوبامين والسيروتونين ، مما يشير إلى وجود آلية محتملة للتنظيم العاطفي غير الطبيعي الذي لوحظ في جميع الاضطرابات الثلاثة (Khanzada et al. ، 2017). يشير التقاطع الهائل الذي تم الكشف عنه في هذه الدراسات بشكل مثير للفضول إلى مستوى معين من المسببات المشتركة عبر الحالات النفسية ، على الرغم من وجود عروض تقديمية مميزة سريريًا.

من بين الأمراض الأربعة الأخرى التي تم تقييمها في دراسة PGC ، كان الفصام أكثر الأمراض ارتباطًا بالتوحد (مجموعة الاضطرابات المتقاطعة التابعة لاتحاد الجينوم النفسي وآخرون ، 2013). اقترحت الدراسات الوبائية السابقة ارتباطها ، حيث أبلغت عن زيادة خطر الإصابة باضطراب طيف التوحد لدى الأطفال المصابين بأبوين مصابين بالفصام ومراضة مشتركة كبيرة لمرض انفصام الشخصية والتوحد عند الأطفال (Rapoport et al. ، 2009 Sullivan et al. ، 2012). قدر تقرير متابعة لدراسة PGC لعام 2013 الارتباط الجيني بين المرضين بنسبة 23 ٪ ، مع مواقع الخطر المشتركة بما في ذلك العديد من الجينات المشاركة في النمو العصبي ، مثل forkhead box P1 (FOXP1) ، exostosin glycosyltransferase 1 (خارجي 1) ، أستروتاكتين 2 (ASTN2) ، ريبوسيليز أحادي ADP 2 (ماكرود 2) و هيستون ديسيتيلاز 4 (HDAC4) (مجموعة عمل اضطرابات طيف التوحد لاتحاد الجينوميات النفسية ، 2017). بالإضافة إلى جينات الحساسية المشاركة في النمو العصبي ، أفادت دراسات أخرى أيضًا عن قابلية مشتركة في الجينات التي تؤثر على إعادة تشكيل الكروماتين ، واستجابة الإجهاد التأكسدي ، واستقلاب الدهون (مكارثي وآخرون ، 2014 ليم وآخرون ، 2017).

وجدت العديد من الدراسات أيضًا ارتباطًا مهمًا بين السمات المسجلة للتوحد واضطراب فرط الحركة ونقص الانتباه. يتضمن ذلك دراسة لأعراض التوحد في احتمالات اضطراب فرط الحركة ونقص الانتباه والأشقاء ، وعلاقة صفة التوحد في عينة مزدوجة من اضطراب فرط الحركة ونقص الانتباه ، والارتباط بين سمات التوحد واضطراب فرط الحركة ونقص الانتباه في عموم السكان (Reiersen et al. ، 2007 Ronald et al. ، 2008 Mulligan et al. . ، 2009 Stergiakouli et al. ، 2017). Nijmeijer et al. حدد (2010) خمسة مواضع وراثية محددة مرتبطة بسمات ASD لدى الأطفال المصابين باضطراب فرط الحركة ونقص الانتباه: 7q36 و 16p13 و 18p11 و 15q24 و 12q24. وجدت دراسة تبحث في تداخل المتغيرات الهيكلية المرضية في ADHD و ASD تداخلًا كبيرًا في الجينات المتعلقة بمجموعة متنوعة من العمليات ، بما في ذلك مسار إشارات مستقبلات النيكوتين وتقسيم الخلايا (Martin et al. ، 2014). لا يزال يتم استكشاف التوريث المشترك لـ ASD و ADHD ، وتمت مناقشته بمزيد من التفصيل في مراجعة قام بها Rommelse et al. (2010).

نظرًا لأن ASD هو مرض متعدد الجينات وغير متجانس للغاية والذي يحدث غالبًا مع حالات أخرى ، فقد يكون من الصعب التمييز بين الجينات التي لديها بالفعل مخاطر متداخلة لحالات نفسية متعددة ، وأي الاختلافات مسؤولة عن الأنماط الظاهرية للأمراض الشائعة. على سبيل المثال ، جين ubiquitin ligase UBE3A متورط في كل من التوحد ومتلازمة أنجلمان ، وهي حالة تختلف عن ASD ولكن لها أعراض مماثلة ، مثل عيوب الحركة والكلام. ومن المثير للاهتمام أن متلازمة أنجلمان مرتبطة عمومًا بـ UBE3A الحذف ، في حين أن ASD يمكن أن يكون بسبب الازدواج & # x2013 ومع ذلك يمكن تشخيص الشخص نفسه بكلتا المتلازمتين (Peters et al. ، 2004 Williams et al. ، 2010 Smith et al. ، 2011 Kalsner and Chamberlain ، 2015 Yi et al. ، 2015). مثال آخر هو الإعاقة الذهنية ، والتي تحدث مع التوحد في حوالي 45٪ من الحالات (Lai et al. ، 2014).وجدت دراسات متعددة أن ASD والإعاقة الذهنية تشترك في مواضع الخطر (Pinto et al. ، 2010 McCarthy et al. ، 2014) ، لكن الأنماط الظاهرية المتداخلة هي عامل محتمل محتمل. وبالمثل ، فإن جينات الخطر الأخرى لاضطراب طيف التوحد هي منظمات جينية ترتبط مؤثراتها بأمراض مختلفة (Samaco et al. ، 2005 Pinto et al. ، 2010 Michaelson et al. ، 2017). يعتبر التفاعل والتداخل بين الاضطرابات النفسية معقدًا ، ولا يزال هناك الكثير من الأمور التي يمكن تمييزها فيما يتعلق بآليات المرض المشتركة.


تحليل الارتباط على مستوى الجينوم لاضطراب الاكتئاب

كما هو مذكور أعلاه ، ارتبطت جينات & # x0003e20 ببداية DD وأكدتها التحليلات التلوية. في معظم الحالات ، تتضمن هذه الارتباطات جينات لا ترتبط ارتباطًا مباشرًا بالنظريات العامة للاكتئاب المرضي العرقي. يبدو أن دراسات الرابطة مرتبطة بالانتقال إلى طرق تحليل الارتباط على مستوى الجينوم دون أي اقتراحات حول عوامل الخطر الجينية للاكتئاب.

في المرحلة الأولى من GWASs ، تم تحليل العائلات التي لديها أفراد عانوا من أحداث اكتئاب متعددة ، أو مسار حاد للاضطراب ، أو سن مبكرة في بدايتها السريرية ، مع اهتمام خاص بالمرضى الذين يعانون من أشكال نادرة من الاكتئاب أحادية الجين. تم تلخيص نتائج هذه الدراسات في الجدول & # x200B Table3. 3. أبلغت هذه الدراسات عن ارتباطات مع مناطق جينومية ممتدة (حتى طالما كانت الكروموسومات كاملة الطول) ، ويبدو أن تحديد الجينات المرشحة مؤقت. يعتمد هذا التحديد بشكل أساسي على الجينات المرشحة DD التي تم تعيينها مسبقًا في مناطق الجينوم هذه.

الجدول 3

رسم خرائط للمواقع المرتبطة بالاستعداد لأشكال مختلفة من الاكتئاب في الدراسات الأسرية باستخدام ألواح SNP لواسمات الحمض النووي.

المرجعيالنمط الظاهري السريريكروموسومالجين المرشح
(101)الاكتئاب المتكرر مع بداية مبكرة15q25.3 & # x0201326.2نترك 3 (مستقبلات نيوروتروفين 3)
(102)الاكتئاب المتكرر ، الاضطراب ثنائي القطب السائد بالاكتئاب12q23غير متوفر
(103)يبدأ الاكتئاب في وقت مبكر (31 عامًا) بالاكتئاب مع القلقالكروموسومات 3 Centr و 7 p و 18qغير متوفر
(104)الاكتئاب المتكرر بدون أعراض الاضطراب الثنائي القطب1p36 و 12q23.3-q24.11 و 13q31.1-q31.3غير متوفر
(105)اضطراب الاكتئابالكروموسومات 17 و 8SLC6A4 (عائلة الناقل المذاب 6 عضو 4)

تم استخدام GWASs بشكل متزايد في العقد الماضي لتحديد المواقع التي تتحكم في السمات المعقدة. في هذا التحليل ، يتم تحديد ما يصل إلى مئات الآلاف إلى عدة ملايين من تعدد الأشكال الموزعة على الجينوم بأكمله في مجموعات من الأشخاص الذين لديهم سمة معينة من الاهتمام. يتيح تحليل التركيب الوراثي & # x02013 ارتباطات النمط الظاهري إمكانية إنشاء رابط بين المتغير الأليلي في منطقة معينة من الجينوم مع السمة المدروسة. يتمثل الاختلاف الرئيسي بين GWASs ودراسات الجينات المرشحة باستخدام طريقة case & # x02013control في عدم وجود فرضية أولية لشرح مساهمة المتغيرات متعددة الأشكال للجينات في تطوير علم الأمراض موضع الاهتمام. ومع ذلك ، لكي تحقق الدراسة نتائج ذات دلالة إحصائية ، تتطلب الخوارزمية الخاصة بها عينات كبيرة جدًا من كل من المرضى والأشخاص الأصحاء. قد يكون من الصعب للغاية تحقيق التجانس السريري في عينات كبيرة جدًا ، خاصة عند دراسة الأمراض النفسية لأن هناك دائمًا عامل ذاتية يؤثر على دقة التشخيص في التصنيفات الدولية ذات الصلة مع عدم وجود طرق مفيدة تقريبًا لتقييم حالة المريض.

بحث عدد من الدراسات عن المواقع المرتبطة بالاضطراب الاكتئابي الرئيسي أو الأعراض الفردية للاكتئاب. تم تلخيص النتائج في الجدول & # x200B Table4. 4. يركز هذا الجدول بشكل أساسي على تلك الدراسات التي حللت في المقام الأول مخاطر الاكتئاب كمرض وليس الطرز الداخلية (على سبيل المثال ، سن البداية السريرية ، وشدة أعراض معينة ، واستجابات المرضى للعلاج). كذلك ، يتضمن الجدول & # x200B Table4 النتائج الأكثر دلالة إحصائيًا من المقالات التي تم تحليلها.

الجدول 4

دراسات الارتباط على مستوى الجينوم لاضطرابات الاكتئاب الرئيسية (MDDs) والاضطرابات الاكتئابية المتكررة (RDDs).

المرجعيالنمط الظاهري السريريعلامة الحمض النووي مع أصغر قيمة فص-القيمةالجين بالقرب من SNPوظيفة الجينات ، مسار التمثيل الغذائي
(106)MDDRS27151487.7 & # x000d7 10 & # x022127 PCLO (بروتين بيكولو قبل المشبكي سيتوماتريكس)البروتين المشفر بواسطة هذا الجين هو جزء من مصفوفة الهيكل الخلوي قبل المشبكي تشارك في تكوين مناطق التشابك النشطة ونقل الحويصلات المشبكية
(107)RDDرس 42380105.80 & # x000d7 10 & # x022126 CCND2 (سيكلين D2)يشارك البروتين المشفر بواسطة هذا الجين في التحكم في تنظيم دورة الخلية (انتقال Gl / S) في مركب مع كينازات CDK4 أو CDK6
(108)RDDرس 9416742
rs999845
1.30 & # x000d7 10 & # x022127
3.1 & # x000d7 10 & # x022126
BICC1 (ثنائي ثنائي C متماثل 1)يشفر بروتينًا مرتبطًا بـ RNA يشارك في تنظيم التعبير الجيني عن طريق تعديل ترجمة البروتين في عملية التطور الجنيني
(109)MDDRS2765501
رس7713917
1.66 & # x000d7 10 & # x022127

تم الإبلاغ عن أول GWAS لعينة تمثيلية كبيرة (1738 مريضًا DD ، 1802 عنصر تحكم) بواسطة Sullivan et al. (106). في هذه الدراسة ، لم يحقق أي ارتباط مع أي من SNPs قيمة أهمية الجينوم على نطاق واسع. تم العثور على الأهمية القصوى لـ rs2715148 (ص = 7.7 & # x000d7 10 & # x022127). أيضا ، في هذه المنطقة الجينومية القريبة PCLO ارتبط جين 10 أكثر من SNPs بـ DD مع أهمية منخفضة نسبيًا (ص = 10 & # x022125 -10 & # x020136). تم تعيينهم إلى منطقة 167 كيلو بايت حيث PCLO كان يقع (106). يتم توطين بروتين PCLO في المصفوفة السيتوبلازمية للمنطقة النشطة قبل المشبكي ويلعب دورًا مهمًا في النقل العصبي أحادي الأمين في الدماغ. تم تأكيد الدور المحتمل لهذه المنطقة في بداية الاكتئاب بواسطة Hek et al. (115) ، الذي أظهر ارتباطًا بين rs2522833 SNP في PCLO و DD في دراسة سكانية من هولندا (115). أراجام وآخرون (113) وجد ارتباطًا وثيقًا ذي دلالة إحصائية بين تطوير DD لـ rs2715148 SNP (ص = 5.64 & # x000d7 10 & # x022127) في PCLO في النساء (113). وجدت هذه الدراسة SNP أخرى في LGSN التي ارتبطت بحدوث DD عند الرجال (rs9352774 ، ص = 2.26 & # x000d7 10 & # x022124). يتم التعبير عن هذا الجين بنشاط في العدسة البلورية البشرية ويرمز إلى بروتين مرتبط بـ GS-I ، وبدرجة أقل ، إلى تركيبات الجلوتامين GS-II. قد يلعب هذا البروتين دورًا في تبادل الغلوتامات في كل من شبكية العين والجهاز العصبي.

تم العثور على دور الغلوتامات في DD في GWAS التي أجراها Rietschel et al. (109). لقد وجدوا ارتباطًا بين DD و rs7713917 SNP (ص = 5.87 & # x000d7 10 & # x022125) تقع في منطقة تنظيمية مفترضة هومر 1، الذي يشفر البروتينات المشاركة في عمليات الجلوتامين عبر التفاعل مع مستقبلات الغلوتامات الأيضية mGluR1 و mGluR5.

نعيد التأكيد على أن الارتباطات المكتشفة في معظم GWAS لم تصل إلى مستوى أهمية الجينوم على نطاق واسع ، ويرجع ذلك أساسًا إلى البنية الجينية للسمات المعقدة التي تؤدي إلى الاكتئاب. تعد تعديلات مستوى الأهمية على مستوى الجينوم صارمة للغاية ، ونعتقد أنه يجب أيضًا مراعاة علامات SNP ذات القيمة الاحتمالية القريبة من مستوى عتبة الجينوم.

حققت بعض الدراسات مستوى أهمية على مستوى الجينوم. كوهلي وآخرون. (112) كان أول من أبلغ عن ارتباط بين DDs و rs1545843 SNP في SLC6A15 (الأسرة الحاملة المذابة 6 ، ناقل الأحماض الأمينية المحايدة ، العضو 15) في نموذج متنحي لتأثير تعدد الأشكال هذا على خطر DDs (112). يشفر هذا الجين ناقل الأحماض الأمينية المحايدة ، وقد تبين أن الأليلات المختلفة لـ rs1545843 مختلفة SLC6A15 مستويات التعبير في قرن آمون لمرضى الصرع. قدم المؤلفون أدلة إضافية لدعم مشاركة هذه الرابطة وأظهروا أن وجود أليل الخطر مرتبط بانخفاض SLC6A15 التعبير في الحصين ، وحجم أصغر للحصين ، وسلامة الخلايا العصبية في الجسم الحي. تعبير أقل عن Slc6a15 لوحظ أيضًا في قرن آمون من الفئران ذات القابلية المرتفعة للإجهاد المزمن.

كوهلي وآخرون. (112) ذكرت بيانات وفيرة لدعم الارتباط بين SLC6A15 و DD. ومع ذلك ، لم تكشف GWAS اللاحقة عن أي ارتباطات مهمة بهذا الجين. غالبًا ما تكون البيانات التي تم الحصول عليها في GWAS غير قابلة للتكرار ، وجين واحد فقط ، PCLO، يبدو أنه مرتبط بـ DD في اثنين من GWAS.

قام اتحاد علم الجينوم النفسي (PGC) بإجراء تحليل تلوي لبيانات GWAS. على عكس التحليلات التلوية التقليدية ، التي تلخص البيانات الإحصائية لكل تحليل مكون تم فحصه ، جمعت دراسة PGS معًا وفحصت بيانات النمط الجيني والمظاهر الفردية من المرضى من مراكز البحوث المختلفة. نشرت PGS نتائج تحليلها المقارن على مستوى الجينوم لـ 9240 عينة تم جمعها من مرضى DD و 9519 عينة من مجموعة تحكم من تسعة سكان أوروبيين (122). ومع ذلك ، في تحليل PGS ، لم يحقق أي من SNPs المحددة في الدراسات السابقة مستوى أهمية على مستوى الجينوم. كانت SNPs ذات القيم الأكثر أهمية هي rs11579964 (ص = 1.0 & # x000d7 10 & # x022127) ، والتي تم تعيينها بالقرب من CNIH4 ، NVL، و WDR26و rs7647854 (ص = 6.5 & # x000d7 10 & # x022127) ، والتي تم تعيينها بالقرب C3orf70 و EHHADH. لم تؤكد دراسة تكرارية لاحقة أجريت باستخدام عينة مستقلة (6783 مريضًا يعانون من MDD و 50695 عنصر تحكم) الارتباطات المذكورة.

لذلك ، لم يثبت أي موضع مرتبط باستمرار بـ DD على مستوى أهمية الجينوم الكامل. الجمعيات الموضحة في العينات المستقلة لم يتم استنساخها أيضًا. قد يعكس هذا النقص في الأهمية وقابلية التكاثر السمات الخاصة لمنهجية GWAS ، والتي ركزت على المواقع متعددة الأشكال ذات تردد أليل ثانوي مرتفع (& # x0003e5٪) في التحليل الترابطي. ربما لا تكون هذه المتغيرات متعددة الأشكال المتكررة بحد ذاتها ضرورية من الناحية المرضية ، ولكن قد تكون هناك روابط عدم توازن مع المتغيرات النادرة من الجينات المرتبطة بإمراض DD. قد تكون هذه المتغيرات النادرة محددة لمجموعات مختلفة. نتيجة لذلك ، يمكن العثور على أي ارتباط بين المرض والموقع متعدد الأشكال المتكرر في عينة واحدة وقد يعكس ارتباط عدم التوازن لهذا الموقع متعدد الأشكال مع متغير نادر مهم من الناحية المرضية في تلك العينة. ومع ذلك ، قد يكون الموقع المهم من الناحية المرضية مفقودًا في عينة أخرى ، ونتيجة لذلك ، لن يتم العثور على ارتباط بين تعدد الأشكال المتكرر مع حدوث DD. بالإضافة إلى ذلك ، تم الإبلاغ عن الدور المهم للمتغيرات الجينية النادرة (تكرار & # x0003c1 ٪) بالاقتران مع الاضطرابات العقلية الأخرى ، مثل الفصام والتوحد (123 ، 124).

للتغلب على هذه المشاكل ، قد يوفر الانتقال من تحليل علامات الحمض النووي متعددة الأشكال باستخدام المصفوفات الدقيقة إلى تسلسل الحمض النووي منخفض التغطية اتجاهًا جديدًا للبحث لتحديد المتغيرات الجينية المرتبطة بـ DD. تم إجراء الدراسة الأولى من هذا النوع ضمن مشروع CONVERGE (125) وتضمنت تسلسل الجينوم بمتوسط ​​تغطية 1.7 & # x000d7 في & # x0003e9000 الإناث الصينيات 5000 أنثى من هذه المجموعة مصابات بالاكتئاب الكئيب ، وهو معروف على أنه شكل أكثر حدة من الاكتئاب. وجدت هذه الدراسة موقعين لهما ارتباط عند مستوى أهمية 10 & # x022128: واحد على الجانب 5 & # x02032 من SIRT1 (SNP rs12415800) والآخر في LHPP إنترون (SNP rs35936514). تم تأكيد هذا الارتباط في عينة مستقلة من النساء الصينيات السوداوات ، وكانت قيم الدلالة المجمعة للعينتين 2.53 & # x000d7 10 & # x0221210 لـ SIRT1 و 6.45 & # x000d7 10 & # x0221212 لـ LHPP. من المهم أن نلاحظ أن كلا من تعدد الأشكال المرتبط يحدث بشكل متكرر (على سبيل المثال ، كان الحد الأدنى من ترددات الأليل 45.3 و 26.2٪) ، ومع ذلك لم يتم تضمين أي منهما في المصفوفات الدقيقة المستخدمة على نطاق واسع لكتابة علامة SNP ، وبالتالي ، ربما تم تجاهلها في GWASs السابقة.

أظهر تحليل إضافي للبيانات في هذا المشروع أن تعدد الأشكال المتكرر يمثل 20 & # x0201330 ٪ من تشتت مخاطر DD ، مما يشير إلى أن قابلية التوريث لـ DD موزعة بالتساوي على جميع الكروموسومات مع توطين تفضيلي لـ SNPs المرتبطة بـ DD في كل من الترميز و 3 & # x02032-مناطق الجينات غير المترجمة. أظهر مرضى DD تواترًا مرتفعًا للطفرات الفريدة في مناطق ترميز الجينات ، في المقام الأول في الجينات التي يتم التعبير عنها بنشاط في الأنسجة العصبية (126).

الأهم من ذلك ، أن هذه الدراسة تضمنت مجموعة عرقية معينة (الهان الصينية) ، والتي هي متجانسة بما فيه الكفاية ، والإناث فقط ، اللائي أظهرن مستوى وراثيًا أعلى كما هو مذكور أعلاه ، مع شكل حاد من DD. تضمن هذا التصميم نهجًا أكثر صرامة لإدراج العينات والنظر في عوامل مثل جنس المريض وتباين DD السريري وعمر البداية السريرية والعوامل الأخرى التي يمكن أن تؤثر على خطر المرض وتطوره. ومع ذلك ، قد لا تؤثر هذه العوامل على خطر تطور DD على سبيل المثال ، فقد تبين مؤخرًا أن عمر البداية السريرية لا يؤثر على نتائج تحليل الارتباط في عينة CONVERGE الصينية (127).

وجدت دراسة أخرى أيضًا أن العرق كان مهمًا (128). تضمنت تلك الدراسة تحليلًا مشتركًا للنتائج التي تم الحصول عليها في تحقيق CONVERGE للصينيين والدراسات التي أجرتها PGC في مجموعات سكانية أوروبية مختلفة. وجدت هذه الدراسات أن بعض أشكال النيوكلوتايد تؤثر على خطر ظهور DD في كلتا المجموعتين العرقيتين المذكورين ، ولكن في الوقت نفسه ، اكتشفت مجموعة من أشكال النيوكلوتايد الخاصة بكل مجموعة عرقية. ولوحظت أعلى مساهمة للعوامل الوراثية في كلا المجموعتين العرقيتين في الإناث وفي مرضى الاكتئاب المتكرر.

باورز وآخرون. حاول (116) تضمين العوامل البيئية في GWASs (116). تم تضمينها كعامل أحداث تثير الإجهاد عند تضمين حالة & # x02013 أزواج التحكم من المرضى في الدراسة & # x02014a طريقة المشار إليها باسم مطابقة درجة الميل. سمح لهم هذا التحليل بتقليل عدم تجانس العينات فيما يتعلق بعامل الإجهاد ومقارنة مرضى DD والضوابط الصحية المعرضة لضغوط مماثلة.

يبدو أن التركيب الجيني للاكتئاب معقد للغاية ويتضمن عددًا كبيرًا من المواقع ، والتي تسبب تأثيرات نمطية مختلفة وتعرض تفاعلات معقدة بين التركيز البيني. تشير دراسات التركيب الجيني إلى الحاجة إلى الانتقال من تحليل النيوكلوتايد الفردية إلى تلك الخاصة بمجموعات من النيوكلوتايد ، وأخيراً ، لتشمل درجة مخاطر متعددة الجينات ، كما هو مستخدم في أبحاث علم الوراثة لمرض انفصام الشخصية (129).

لمعالجة مشكلة مماثلة ، تم استخدام استراتيجية لدراسة شبكات الجينات التي تم إنشاؤها عن طريق توحيد الإشارات من العديد من تعدد أشكال النوكليوتيدات SNPs والتحليل الوظيفي اللاحق لمسارات الإشارات والتمثيل الغذائي بنجاح. يوفر هذا النهج زيادة في قوة التحليل المقارن للإشارات الضعيفة من العديد من المواقع. الدراسة التي أجراها Song et al. (130) مثال على هذا التحليل. على أساس GWAS لعينات من مجموعات أوروبية ، أجرى المؤلفون بحثًا وتحليلًا لـ SNPs والجينات المرتبطة بـ DD لاكتشاف مسارات الإشارة التي تربط هذه الجينات ببعضها البعض (130). تم العثور على خمسة مسارات إشارة ناتجة للعب دور في التسبب في DD. زُعم أن ثلاثة منهم متصلون بطريقة ما بالتنظيم السلبي للتعبير الجيني (GO: 0016481 ، GO: 0045934 ، GO: 0010629) وكانوا مرتبطين ببعض SNPs المرتبطة بـ DD: rs3213764 في ATF7IP rs2301721 في HOXA7 rs6720481 في LRRFIP1 rs2229742 في NRIP1.

أوكباي وآخرون. (118) وهايد وآخرون. (131) عرض نهجًا بديلاً لأخذ العينات (118 ، 131). لتشخيص DDs ، قاموا بتجميع استبيان ليتم استكماله من قبل المستجيبين. تم تشخيص الاكتئاب على أساس إجابات المبحوثين على الاستبيان دون تشخيص سريري من قبل طبيب نفسي. على الرغم من إمكانية التشكيك في دقة التشخيص ، تضمن الاستبيان أسئلة حول مجموعة واسعة من السمات المظهرية ، ولم يتمكن المستجيبون من ربطها بأي تشخيص. سمحت البيانات من البنوك الحيوية أو خدمات التنميط الجيني الجماعي مثل 23 و Me لهم بزيادة حجم العينة بشكل ملحوظ. على سبيل المثال ، الدراسة التي أجراها Hyde et al. (131) شمل & # x0003e450000 فرد ، وسمح تحليل بيانات الاستبيان الخاص بهم بتشخيص الاكتئاب في حوالي 120.000 مشارك (131). العينات من هذا الحجم هي ترتيب من حيث الحجم أكبر من تلك المدرجة في دراسات PGC أو مشروع CONVERGE ، وتساعد على تقليل المشكلات التي تسببها أخطاء تشخيص DD. تمكن المؤلفون من تحديد 17 علامة SNP في 15 موقعًا كان مستوى أهميتها & # x0003e5 & # x000d7 10 & # x022128 ، مما يعكس حجم العينة التي تم تحليلها. تختلف علامات الحمض النووي المكتشفة عن تلك المرتبطة بـ DD في دراسات PGC ، على الرغم من أنهما قاما بتحليل عينات من أصل أوروبي. لذلك ، لا تزال مشكلة استنساخ النتائج التي تم الحصول عليها في GWASs بحاجة إلى حل.

تتمثل إحدى الطرق الممكنة لحل هذه المشكلة في إجراء تحليل تلوي لدراسات GWA. تم إجراء هذا التحليل بواسطة Wray et al. (121). حدد هذا التحليل التلوي 44 موقعًا مستقلاً كانت ذات دلالة إحصائية (ص & # x0003c 5 & # x000d7 10 & # x022128). من بين هذه المواقع ، هناك 30 موقعًا جديدًا و 14 موقعًا مهمًا في دراسة سابقة عن أعراض الاكتئاب أو الاكتئاب ، و 6 مواضع مشتركة مع الفصام. وبالتالي ، فإن الزيادة في أحجام العينات في التحليل التلوي ، من ناحية ، تسمح بتأكيد النتائج التي تم الحصول عليها مسبقًا باستخدام GWAS للمواقع الموصوفة سابقًا والمرتبطة بـ MDD. من ناحية أخرى ، يزيد من قوة الدراسة ، من خلال زيادة حجم العينة ، مما يجعل من الممكن تحديد المواقع الجديدة المرتبطة بـ MDD.

تم اقتراح عدة طرق لحساب درجة المخاطر الجينية (GRS): درجة المخاطر الجينية للعد البسيط (SC-GRS) ، درجة المخاطر الجينية المرجحة لنسبة الأرجحية (OR-GRS) ، درجة المخاطر الجينية للانحدار اللوجستي المباشر (DL-GRS) ، متعدد الجينات درجة المخاطر الجينية (PG-GRS) وشرح درجة الاختلاف الجيني الموزونة (EV-GRS). الطريقة الأكثر استخدامًا حاليًا هي درجة المخاطر متعددة الجينات (PGRS) (132). تم استخدام هذا النهج للحصول على دليل على وجود تأثير جيني حتى في حالة عدم وجود علامة واحدة مهمة ، لإنشاء أساس جيني مشترك للاضطرابات ذات الصلة ، وبناء نماذج التنبؤ بالمخاطر (133). حاليًا ، يتم اقتراح طرق بديلة للتحليل الإحصائي لبيانات GWAS ، حيث لا يكون التحليل لواسمات الحمض النووي الفردية ، ولكن مجموعاتها.في الآونة الأخيرة ، تم نشر العديد من الأوراق البحثية باستخدام PGRS لاضطراب الشخصية الكونية واضطرابات نفسية أخرى (134 & # x02013136). تم توضيح إمكانية استخدام PGRS لتقييم المساهمة التراكمية للعديد من المتغيرات متعددة الأشكال للجينات في تكوين الأنماط الداخلية للـ MDD. والي وآخرون. (135) ، باستخدام PGRS ، قسم MDD إلى نوعين فرعيين ، أحدهما قريب من مرض انفصام الشخصية (135).


اضطراب عصبي لم يتم تشخيصه سابقًا مرتبط بطفرات في الجين IRF2BPL

اكتشف فريق دولي من العلماء ، بما في ذلك باحثون من كلية بايلور للطب ، طفرات في الجينات IRF2BPL المرتبطة باضطراب عصبي لم يتم تشخيصه سابقًا في سبعة أفراد غير مرتبطين. يقترح الباحثون أن هذه الطفرات المسببة للأمراض تؤدي إلى فقدان وظيفة البروتين وهذا الجين IRF2BPL مطلوب لوظيفة الخلايا العصبية المناسبة وصيانتها. نُشرت الدراسة في المجلة الأمريكية لعلم الوراثة البشرية.

"بدأ هذا المشروع عندما قام زميلنا والمؤلف المقابل لهذه الدراسة د. قال المؤلف المقابل د. هوغو بيلين ، أستاذ علم الوراثة الجزيئية والبشرية وعلم الأعصاب في كلية بايلور للطب ومحقق في معهد هوارد هيوز الطبي. "تم تسلسل الحمض النووي للمريض والأسرة وأشار إلى أن الجين IRF2BPL كان مرشحًا يمكن أن يكون سببًا للمرض ".

لسوء الحظ ، فإن الوظيفة الطبيعية للجين المرشح غير معروفة جيدًا ، لكن الباحثين في مركز فحص الكائنات الحية النموذجية التابع لـ UDN بقيادة د. كان بيلين ومايكل وانجلر وشينيا ياماموتو ، الأستاذ المساعد في علم الوراثة الجزيئية والبشرية في كلية بايلور للطب ، مهتمين بالفعل بهذا الجين لأنه كان مدرجًا في قائمة الجينات المرشحة للتوحد. بالإضافة إلى ذلك ، كان المؤلف الأول الدكتور بول ماركوجليس ، زميل ما بعد الدكتوراه في علم الوراثة الجزيئية والبشرية في بايلور ، يصنع كواشف لدراسة الجين في ذبابة الفاكهة.

قال ماركوجليس: "كان لدي بالفعل بعض الخبرة والاهتمام بهذا الجين ، لذلك عندما تلقينا هذه الحالة الأولى من خلال UDN ، تطوعت لمتابعة هذا المشروع لأن لدي بالفعل أدوات لدراسة الجين".

بعد المريض الأول ، جاء ستة آخرون. أظهر خمسة منهم خصائص عصبية متشابهة: لقد ولدوا بصحة جيدة ، ولكن بين سن 3 إلى 5 سنوات ، بدأوا في إظهار انحدار نمو عصبي تدريجي وشديد بما في ذلك نقص التنسيق ، وانخفاض قوة العضلات وقوة العضلات (نقص التوتر) وفقدان التوتر. السيطرة الكاملة على حركة الجسم (ترنح). حول عيد ميلادهم العاشر ، كان معظمهم على كرسي متحرك. عرضت الحالتان الأخريان بخصائص أكثر اعتدالًا ، حيث أظهرت تأخرًا في النمو ونوبات مرضية.

ربط الجين IRF2BPL باضطراب عصبي غير مشخص

أظهرت تحقيقات الباحثين أن الأفراد الخمسة الذين يعانون من أخطر حالة عصبية لديهم طفرة غير منطقية من IRF2BPL، مما يعني طفرة تقدم إشارة "توقف" داخل منطقة ترميز بروتين الجين. ينتج عن هذا النوع من الطفرات إنتاج بروتين مبتور لا يستطيع عادة أداء وظيفة البروتين الطبيعي.

من ناحية أخرى ، يحمل الشخصان اللذان يعانيان من حالات عصبية أكثر اعتدالًا طفرة مغلوطة. في هذه الحالة ، غيّرت الطفرة "حرفًا" واحدًا في الشفرة الجينية للبروتين مما أدى إلى استبدال أحد الأحماض الأمينية - اللبنات الأساسية للبروتينات - بآخر في البروتين الذي يصنعه الجين. كلا الهراء والطفرات الخاطئة من جديد، أو مستجدين في المرضى ، أي أنهم غير موجودين في والديهم. كما تسود الطفرات ، فقط واحدة من نسختين من الجين تكون معيبة في المرضى ، وهذا يكفي لإحداث المرض.

لمعرفة المزيد عن الجينات IRF2BPL التي يمكن أن تربطه بالاضطراب العصبي البشري ، أجرى الباحثون تجارب على ذبابة الفاكهة. يعبر هذا النموذج الحيواني عن جين يسمى حفر، وهو ما يعادل ذبابة الفاكهة للإنسان IRF2BPL.

أظهرت دراساتنا أن الجين المعروف باسم حفر قال بيلين ، وهو أيضًا عضو في معهد جان ودان دنكان لأبحاث الأعصاب في مستشفى الأطفال في تكساس: "يتم التعبير عنها على نطاق واسع في دماغ ذبابة الفاكهة". “خسارة كاملة حفر كانت قاتلة في التطور المبكر للذبابة. ومن المثير للاهتمام ، وجدنا أن ذلك قد أدى إلى سقوط جزئي حفر أدى إلى تنكس عصبي أثر بشكل تدريجي على الوظائف الحركية مع تقدم عمر الذباب. لذا ، فإن إحدى الخصائص المشتركة بين حالة الإنسان وحالة الذباب هي أن كلاهما نوع تدريجي من التنكس العصبي ".

نظر الباحثون أيضًا في ما كان يحدث على المستوى الخلوي ، وتحديدًا عواقب السقوط حفر فقط في الخلايا العصبية الحساسة للضوء أو المستقبلات الضوئية في عيون ذبابة الفاكهة.

قال ماركوجليس: "لقد لاحظنا أن المستقبلات الضوئية تكون جيدة عندما يكون الذباب صغيرًا ، لكن تظهر علامات انحطاط في الذباب المسن". "كشفت دراسات المجهر الإلكتروني عن عدد من الهياكل الخلوية المتغيرة وتراكم قطرات الدهون ، والتي من المعروف أنها تؤثر سلبًا على وظيفة الخلايا العصبية."

بالإضافة إلى ذلك ، قام الباحثون بتعديل ذباب الفاكهة وراثيًا للتعبير عن الطفرة IRF2BPL الجينات الموجودة في المرضى. أدى التعبير عن الطفرات غير المنطقية الشديدة في الذباب إلى فقدان كبير في الوظيفة والتعبير عن إحدى الطفرات الخاطئة التي تسبب حالة عصبية أكثر دقة لدى البشر ، مما أدى إلى فقدان جزئي لوظيفة الذباب.

"مجتمعة ، النتائج التي توصلنا إليها تشير إلى ذلك IRB2BPL و حفر هي جينات أساسية للجهاز العصبي لكل من البشر وذباب الفاكهة ويؤدي فقدانها أو تعطيلها إلى مجموعة متنوعة من الحالات العصبية ". "بعد ذلك ، نريد إيجاد طرق لتحسين الحالة أو منعها."

"كانت الشراكة بين الطبيب والباحث مثيرة بشكل خاص ، حيث قدم العمل على ذباب الفاكهة دليلًا مقنعًا إضافيًا على ذلك IRF2BPL هو بروتين مهم لنمو الجهاز العصبي والحفاظ عليه ، "قال بينا. "كان العمل على ذباب الفاكهة أيضًا حاسمًا في توفير المعلومات لتصنيف المتغيرات في IRF2BPL كتشخيص محتمل ".

قال بيلين: "تتمثل أهدافنا التالية في العمل مع ذباب الفاكهة لدراسة بيولوجيا العملية التي تؤدي إلى التنكس العصبي وتطوير نموذج فأر للحالة البشرية يمكننا من خلاله اختبار العلاجات المحتملة".

للحصول على القائمة الكاملة للمساهمين وانتماءاتهم ، قم بزيارة هذا الرابط.

تم تمويل هذا العمل من خلال منح شبكة الأمراض غير المشخصة U01HG007672 و U01HG007703 و U54NS093793 R01GM067858 و R24OD022005 وجائزة الشاشة الوظيفية لمؤسسة Simons Foundation (368479). تم تقديم المزيد من الدعم من قبل المعهد الوطني للاضطرابات العصبية والسكتة الدماغية تحت رقم الجائزة K08NS092898 ، الملائكة الحراس في الأردن ، ومنح U54HD083092 إلى مركز أبحاث الإعاقة الذهنية والتنموية (IDDRC).


لمعرفة المزيد حول هذه الحالة الوراثية ، تفضل بزيارة مؤسسة Stand by Eli Foundation و His Beautiful Smiles.


نتائج

ما مجموعه 4340 S. cerevisiae- و 8871 S. بالمعنى الضيق- تنشأ جينات De Novo المحددة من المناطق المخلوطة المحفوظة في السكريات الخميرة

ال S. بالمعنى الضيق يحتوي على خمسة أنواع خميرة مرتبطة ارتباطًا وثيقًا على الأقل -S. cerevisiae, س. مفارقة, S. mikatae, S. kudriavzevii، و S. uvarum—التي تم تسلسلها جميعًا بشكل جيد (Scannell et al. 2011). داخل المجمع ، S. cerevisiae يحتوي على أفضل جينوم مشروح ، لذلك تم اختياره كنوع مرجعي لدينا. السكارومايس أوفاروم هو الأكثر ارتباطًا بين الأنواع ، ويقدر أنه قد تباعد عن سلف مشترك S. cerevisiae ∼20 مللي أمبير. للحصول على تحليل شامل لجينات de novo في S. بالمعنى الضيق الخمائر ، قمنا أولاً بجمع مصادر مختلفة من S. cerevisiae CDS بما في ذلك جميع إطارات القراءة المفتوحة (ORFs) المشروحة في ملف السكريات قاعدة بيانات الجينوم (SGD ، قاعدة البيانات الأكثر استخدامًا في الخميرة) ، التسلسلات الصغيرة المترجمة التي تم تحديدها بواسطة التنميط الريبوسوم (Carvunis et al. 2012) ، وأول CDS للنصوص من بيانات تسلسل الشكل الإسوي للنسخ (TIF-seq) إذا كانت أقراص CDS لم يتم شرحه مسبقًا بواسطة SGD (Pelechano et al. 2013). في الخميرة ، عادةً ما تبدأ ترجمة البروتين من أول كودون بدء للنسخة ، لذلك تم اعتبار أول CDS فقط في كل نسخة كمرشح لدينا. بالإضافة إلى ذلك ، إذا كانت النصوص متداخلة مع تلك الموجودة في الجينات الموجودة ، فقد تم اختيار أقراص CDS التي كانت في إطارات مختلفة من الجينات الموجودة. لذلك ، لم تتكون CDSs المرشحة لدينا من أشكال مبتورة أو موسعة من الجينات الموجودة. قدمت وحدات النسخ التي تم تحديدها بواسطة بيانات TIF-seq نسخًا بدقة من زوج القاعدة مع هياكل إنهاء وسقف ، مما يضمن أنها كانت منتجات نسخ ناضجة (Pelechano et al. 2013). تمثل أقراص CDS التي تم الحصول عليها من بيانات TIF-seq مصدر بيانات غير مستكشف ، حيث لم يتم تحليلها في دراسات جينية سابقة لـ de novo. تم تسمية أقراص CDS من هذه الموارد المختلفة باسم sgdCDS و smORF و txCDS ، على التوالي ، لبيانات SGD ، وتنميط الريبوسوم ، وبيانات TIF-seq. قمنا بتصفية CDS مع الإنترونات المحتملة ، بدون دليل نسخ واضح ، أو بطول قصير قبل المزيد من التحليلات (الشكل 1 أ ، اللوحة اليسرى ، راجع المواد والطرق للحصول على التفاصيل).

تحديد جينات de novo في السكريات بالمعنى الضيق مركب. (أ) مصادر البيانات وخط الأنابيب التحليلي لتحديد جينات دي نوفو. تمثل sgdCDSs و smORFs و txCDS (المربعات الزرقاء) أقراص CDS التي تم جمعها من بيانات SGD وتوصيف الريبوسوم وبيانات TIF-seq ، على التوالي. يمثل المربع الوردي جميع CDS المجمعة بعد تصفية البيانات. يشير المربع الأخضر إلى الجينات بدون تشابه البروتين في غيرالسكريات الأنواع (الجينات المرشحة de novo). تمثل المربعات الخضراء المملوءة S. cerevisiae-محددة (العمر 0) أو S. بالمعنى الضيقجينات دي نوفو محددة (عمر 1). تمثل الأرقام باللون الأحمر الخطوات التحليلية المذكورة في الأساليب. الأرقام الموجودة بين الأقواس هي رقم CDS في كل خطوة أو مجموعة. (ب) تتداخل غالبية CDS مع الجينات القديمة أو تتوضع في المناطق المخلقة. (ج) يتم شرح جميع CDSs الممكنة في المناطق المتداخلة أو المخلوطة ومقارنتها مع الجينات المرشحة de novo. بالنسبة لمرشحي de novo المتداخلين مع ScANCs ، قمنا بتضمين مناطق قريبة من 3 كيلوبايت من ScANCs لاكتشاف أخصائيي تقويم العظام المحتملين. بالنسبة لمرشحي de novo الذين لديهم تخليق محفوظ ، بحثنا في المنطقة التخليقية بأكملها بين جينات قديمة متجاورة (ScANCa و ScANCb) بحثًا عن أخصائي تقويم محتمل. تكررت هذه العملية لجميع العشرين السكريات الخمائر. (د) تعيينات العمر لمرشحي de novo. الدوائر الرمادية تشير إلى العقد التطورية لـ السكريات الخمائر التي حددتها دراسة سابقة (Marcet-Houben and Gabaldon 2015). تشير الدائرة الحمراء إلى حدث WGD. يتم سرد الأنواع التي تنتمي إلى كل فرع النشوء والتطور. يتم عرض عدد الجينات المرشحة de novo مع الأعمار المقابلة على اليمين.

تحديد جينات de novo في السكريات بالمعنى الضيق مركب. (أ) مصادر البيانات وخط الأنابيب التحليلي لتحديد جينات دي نوفو. تمثل sgdCDSs و smORFs و txCDS (المربعات الزرقاء) أقراص CDS التي تم جمعها من بيانات SGD وتوصيف الريبوسوم وبيانات TIF-seq ، على التوالي. يمثل المربع الوردي جميع CDS المجمعة بعد تصفية البيانات. يشير المربع الأخضر إلى الجينات بدون تشابه البروتين في غيرالسكريات الأنواع (الجينات المرشحة de novo). تمثل المربعات الخضراء المملوءة S. cerevisiae-محددة (العمر 0) أو S. بالمعنى الضيق- جينات دي نوفو محددة (عمر 1). تمثل الأرقام باللون الأحمر الخطوات التحليلية المذكورة في الأساليب. الأرقام الموجودة بين الأقواس هي رقم CDS في كل خطوة أو مجموعة. (ب) تتداخل غالبية CDS مع الجينات القديمة أو تتوضع في المناطق المخلقة. (ج) يتم شرح ومقارنة جميع CDSs الممكنة في المناطق المتداخلة أو المخلوطة مع الجينات المرشحة de novo. بالنسبة لمرشحي de novo المتداخلين مع ScANCs ، قمنا بتضمين مناطق قريبة من 3 كيلوبايت من ScANCs لاكتشاف أخصائيي تقويم العظام المحتملين. بالنسبة لمرشحي de novo الذين لديهم تخليق محفوظ ، بحثنا في المنطقة التخليقية بأكملها بين جينات قديمة متجاورة (ScANCa و ScANCb) بحثًا عن أخصائي تقويم محتمل. تكررت هذه العملية لجميع العشرين السكريات الخمائر. (د) تعيينات العمر لمرشحي de novo. الدوائر الرمادية تشير إلى العقد التطورية لـ السكريات الخمائر التي حددتها دراسة سابقة (Marcet-Houben and Gabaldon 2015). تشير الدائرة الحمراء إلى حدث WGD. يتم سرد الأنواع التي تنتمي إلى كل فرع النشوء والتطور. يتم عرض عدد الجينات المرشحة de novo مع الأعمار المقابلة على اليمين.

نظرًا لأن المعلومات التخليقية مهمة لتحديد أصول وأعمار جينات de novo ، فإن خط الأنابيب التحليلي الخاص بنا يتكون من خطوات تحليل تركيبية متعددة لتقليل الأخطاء المحتملة في تعيين جينات de novo (الشكل 1 أ ، اللوحة اليمنى ، راجع المواد والطرق للحصول على التفاصيل). بعد استبعاد CDS مع أطباء تقويم محتملين في السكريات الخمائر ، خضعت 20958 CDS المتبقية لمقارنات تركيبية. حددت الدراسات السابقة المعلومات التركيبية من 21 السكريات الخمائر و S. cerevisiae الجينات القديمة (ScANC) ، المُعرَّفة على أنها جينات مشتقة من سلف مشترك سابق لتكرار الجينوم الكامل (WGD) (Byrne and Wolfe 2005 Gordon et al.2009). تم استخدام هذه المعلومات لتتبع الأصول المحتملة لمرشحي de novo. عندما تم تحليل 20958 CDS مرشحًا ، وجد أن معظمها (19،450 من 20958 أو 93٪) يقع في مناطق تركيبية أو متداخلة مع الجينات القديمة (الشكل 1 ب). بعد ذلك ، حددنا جميع CDSs الممكنة في المخلوقات المحفوظة في أنواع الخميرة الأخرى ثم قارننا هذه CDS مع الجينات المرشحة لدينا للعثور على أخصائيي تقويم العظام المحتملين (الشكل 1C).

بعد التعليق التوضيحي على جميع بلاست ضرب الأقراص المضغوطة في كل منها السكريات جينوم الخميرة ، وقت الاختلاف للأنواع الأكثر ارتباطًا والتي تحمل CDS متماثلًا تم اعتباره عمر كل CDS مرشح. قمنا بتكييف العقد التطورية من السكريات الخمائر التي حددتها دراسة سابقة (Marcet-Houben and Gabaldon 2015) ، واعتبرت CDSs المرشحة بعمر 0 ​​أو 1 سنة على أنها S. cerevisiae-محددة أو S. بالمعنى الضيق- جينات de novo المحددة ، على التوالي (الشكل 1D). إجمالاً ، تم تأكيد أن 68٪ من CDSs المرشحة (13211 / 19،450 = 68٪) نشأت في S. بالمعنى الضيق الخمائر ، بما في ذلك 4340 من الجينات العمرية 0 و 8871 من الجينات العمرية الأولى. كان أكثر من 97 ٪ من جينات de novo المحددة من مجموعة txCDS (الجدول التكميلي S1 ، المواد التكميلية عبر الإنترنت) ، والتي لم يتم أخذها في الاعتبار في الدراسات السابقة.

توفر الاكتشافات التقويمية في المناطق التركيبية طريقة قوية لتحديد جينات De Novo

لفهم كيفية توزيع جينات de novo المحددة بين مصادر CDS المختلفة ، تم تجميع جميع الجينات المرشحة من المصادر الثلاثة وفقًا للعمر (الشكل 2 أ). احتوت مجموعة smORF على أعلى نسبة (90٪) من جينات العمر 0 ​​والجينات العمر 1. لتحديد ما إذا كان خط الأنابيب الخاص بنا يوفر أداة قوية لتحديد جينات de novo ، قمنا بمقارنة قائمتنا مع ثلاث دراسات أخرى لجينات الخميرة de novo واسعة النطاق (Ekman and Elofsson 2010 Carvunis et al. 2012 Tsai et al. 2012). تمت مقارنة جينات العمر 0 ​​والعمر 1 من sgdCDS لأول مرة نظرًا لأن جميع الدراسات الأخرى واسعة النطاق قد تضمنت sgdCDS في تحليلاتها. ومن المثير للاهتمام أن الدراسة التي أجراها كارفونيس وآخرون فقط. حدد (2012) مجموعة مماثلة من جينات de novo ، لكن تعييناتهم العمرية كانت مختلفة بشكل كبير عن تعييناتنا ، خاصة بالنسبة للفئة العمرية 0 (الشكل 2B والشكل التكميلي S1A ، المواد التكميلية عبر الإنترنت). تم تصنيف العديد من الجينات على أنها S. cerevisiae- محددًا وفقًا لتحليلنا S. بالمعنى الضيق- جينات محددة بواسطة Carvunis et al. (كارفونيس وآخرون 2012). للتحقيق في هذا التناقض ، قمنا بفحص كل حالة فردية ووجدنا أن أعمار الجينات غالبًا ما يتم تحديدها بشكل خاطئ في الدراسة السابقة على الرغم من وجود تسلسلات DNA مماثلة في حالات أخرى. S. بالمعنى الضيق الأنواع ، إما أنها تفتقر إلى رمز البدء ، أو تحتوي على رموز توقف مبكرة مبكرة ، أو تحتوي على عمليات حذف صغيرة تحول معظم إطارات القراءة المفتوحة (الشكل التكميلي S1B ، المواد التكميلية عبر الإنترنت). مثالان ، YCR024C-B و YLR112W، بالتفصيل في الشكل التكميلي S2 ، المواد التكميلية على الإنترنت. تكشف هذه النتائج بوضوح عن المشكلة الشائعة للتخصيصات العمرية في الدراسة التي أجراها Carvunis et al. (2012).

مقارنات تخصيص العمر الجيني بين الدراسات المختلفة. (أ) توزيع أعمار الجينات لمصادر CDS المختلفة. (ب) مقارنات عمر الجينات بين دراسات الجينوم المختلفة. في مجموعة sgdCDS ، حددنا 47 جينًا من الفئة العمرية 0 و 50 جينًا من العمر 1 ، وكثير منها إما لم يتم تحديده أو تم تعيينه لأعمار مختلفة في دراسات أخرى. (ج) العوامل المساهمة في استبعاد 755 de novo sgdCDS المحددة في الدراسات السابقة على مستوى الجينوم. انظر أيضًا إلى الأشكال التكميلية من S1 إلى S3 ، المواد التكميلية عبر الإنترنت ، للحصول على مقارنات مفصلة.

مقارنات تخصيص العمر الجيني بين الدراسات المختلفة. (أ) توزيع أعمار الجينات لمصادر CDS المختلفة. (ب) مقارنات عمر الجينات بين دراسات الجينوم المختلفة. في مجموعة sgdCDS ، حددنا 47 جينًا من الفئة العمرية 0 و 50 جينًا من العمر 1 ، وكثير منها إما لم يتم تحديده أو تم تعيينه لأعمار مختلفة في دراسات أخرى. (ج) العوامل المساهمة في استبعاد 755 de novo sgdCDS المحددة في الدراسات السابقة على مستوى الجينوم. انظر أيضًا إلى الأشكال التكميلية من S1 إلى S3 ، المواد التكميلية عبر الإنترنت ، للحصول على مقارنات تفصيلية.

بصرف النظر عن 97 جينة de novo التي تم تأكيدها أيضًا من خلال خط الأنابيب الخاص بنا ، تم اعتبار 755 sgdCDS كجينات de novo من خلال الدراسات السابقة على مستوى الجينوم ولكن لم يتم تضمينها في قائمتنا (Ekman and Elofsson 2010 Carvunis et al. 2012 Tsai et al. 2012). لقد بحثنا في كيفية نشوء هذا التناقض. أظهرت بياناتنا أن أحد الأسباب الرئيسية لاستبعاد هذه الجينات هو انخفاض مستويات النسخ (شكل.2 ج). في خط الأنابيب الخاص بنا ، تم النظر فقط في الجينات المرشحة التي تحتوي على نسختين على الأقل من mRNA بهياكل كاملة من بيانات TIF-seq لمزيد من التحليل. تم استبعاد حوالي 74٪ من جينات de novo التي تم تحديدها في الدراسات السابقة بواسطة هذا المعيار. ومع ذلك ، نظرًا لأنه تم الحصول على بيانات TIF-seq من الخلايا التي تنمو في وسط يحتوي على الجلوكوز أو الجالاكتوز ، فهناك احتمال أن يتم التعبير عن أقراص CDS غير المنقولة في ظروف أخرى أكثر تحديدًا. كانت نسبة 24 ٪ المتبقية من أحداث الاستبعاد مرة أخرى بسبب سوء تخصيص أعمار الجينات في الدراسات السابقة (الشكل 2C والتين التكميلي S1C ، المواد التكميلية عبر الإنترنت).

في تحليلنا ، 76٪ من جينات de novo التي تم تحديدها سابقًا والتي وُجد أن لها أسلاف ما قبل WGD كانت من دراسة Ekman et al. لم يستخدم إيكمان وزملاؤه TBLASTN للعثور على جينات تشفير مماثلة ، لكنهم اعتمدوا على شرح الجينوم الأصلي في الأنواع المختارة (Ekman and Elofsson 2010). لذلك ، يمكن الحصول على الجينات اليتيمة الإيجابية الخاطئة إذا لم يتم شرح الجينات المتعامدة في هذه الأنواع بشكل صحيح. على سبيل المثال ، ملف HOR7 تم تصنيف الجين على أنه جين de novo في الدراسات السابقة (Ekman and Elofsson 2010 Carvunis et al. 2012) ، ولكن وجد أنه محفوظ في السكريات الخمائر في خط الأنابيب لدينا (الشكل التكميلي S3 ، المواد التكميلية عبر الإنترنت). تسلسلات بروتين مماثلة من HOR7 تم التعرف عليها أيضًا من خلال نهج سابق للكشف عن تقويم العظام (Byrne and Wolfe 2005). تم تحديد عدد قليل جدًا من جينات de novo بواسطة Tsai et al. (2012) في قائمتنا (الشكل 2 ب والجدول التكميلي S1 ، المواد التكميلية عبر الإنترنت). في دراستهم ، تم استخدام نهج محافظ وتم الحصول على عدد قليل فقط من الجينات المرشحة. ومع ذلك ، لم يكن معظمهم مدعومين ببيانات النص. تشير المقارنات التفصيلية بين بياناتنا والدراسات الأخرى على مستوى الجينوم إلى أنه فقط عندما يتم شرح جميع CDSs الممكنة بشكل كامل في المناطق التخليقية لكل جينوم واستخدامها للمقارنة (الشكل 1C) ، يمكن تحديد عمر الجين بدقة.

غالبًا ما تحدث جينات De Novo في المناطق غير المحفوظة

كيف تنشأ جينات دي نوفو أثناء التطور؟ قمنا بتحليل المناطق المخلقة المقابلة لـ 21 خميرة لمعرفة ما إذا كانت تسلسلات الحمض النووي المتماثلة موجودة بالفعل قبل ظهور جينات de novo. باستخدام TBLASTN للبحث في المناطق المخلقة ، تمكنا من العثور على متواليات متجانسة من جينات عمر 0 ​​في علاقة وثيقة S. بالمعنى الضيق الأنواع ، مما يدعم تطور دي نوفو لمرشحينا. ومع ذلك ، فإن احتمالية العثور على تسلسلات مماثلة انخفضت بسرعة مع زيادة المسافة الجينية ، حيث انخفضت من 63٪ في س. مفارقة إلى -28٪ في S. uvarum (ه القيمة & lt 10 −2 ، شكل. 3A) ، أكثر الأنواع بعدًا في هذه المجموعة. خارج المجموعة العمرية 1 من الجينات ، تم العثور على مستويات ضئيلة فقط من التسلسلات المتماثلة. وبالمثل ، عندما بحثنا في المناطق المخلقة عن تسلسل متماثل للجينات من العمر 1 ، كان من الصعب اكتشافها في الفئات العمرية الأخرى (الشكل 3 ب). تشير هذه النتائج إلى أن جينات de novo غالبًا ما نشأت من تسلسلات غير محفوظة ، بما يتفق مع الملاحظة السابقة (Ekman and Elofsson 2010). قمنا أيضًا بحساب درجة حفظ التسلسل (Edgar 2004) وأظهرنا أن درجات العمر 0 ​​والعمر 1 كانت بالفعل أقل بكثير من تلك الخاصة بـ ScANCs (الشكل 3C).

تنشأ جينات De novo من تسلسلات غير محفوظة. (أ) تنخفض نسب الجينات ذات العمر 0 ​​مع تسلسل الحمض النووي المتماثل الذي تم تحديده بسرعة فيما يتعلق باختلاف الأنواع في السكريات بالمعنى الضيق محيط. (ب) فقط نسبة صغيرة من جينات العمر 0 ​​و 1 لها تسلسل DNA متماثل في المناطق المخلوطة من عمر 1 إلى 6 سنوات ومن 2 إلى 6 سنوات ، على التوالي. مختلفين ه تم تطبيق تخفيضات القيمة (10 −2 و 10 4) لـ TBLASTN ، لكن النتائج كانت متشابهة. (ج) الحفاظ على التسلسل أقل في المناطق التي تحتوي على جينات دي نوفو (اختبار مان ويتني ، ص value & lt2.2e-16 أو ScANCs مقابل العمر 0 ​​أو ScANCs مقابل العمر 1). تم حساب درجات الحفظ في مجموعات مختلفة من CDS باستخدام تسلسل DNA المتعامد في S. بالمعنى الضيق الخمائر.

تنشأ جينات De novo من تسلسلات غير محفوظة. (أ) تنخفض نسب الجينات ذات العمر 0 ​​مع تسلسل الحمض النووي المتماثل الذي تم تحديده بسرعة فيما يتعلق باختلاف الأنواع في السكريات بالمعنى الضيق محيط. (ب) فقط نسبة صغيرة من جينات العمر 0 ​​و 1 لها تسلسل DNA متماثل في المناطق المخلوطة من سن 1 إلى 6 سنوات ومن 2 إلى 6 سنوات ، على التوالي. مختلفين ه تم تطبيق تخفيضات القيمة (10 −2 و 10 4) لـ TBLASTN ، لكن النتائج كانت متشابهة. (ج) الحفاظ على التسلسل أقل في المناطق التي تحتوي على جينات دي نوفو (اختبار مان ويتني ، ص value & lt2.2e-16 أو ScANCs مقابل العمر 0 ​​أو ScANCs مقابل العمر 1). تم حساب درجات الحفظ في مجموعات مختلفة من CDS باستخدام تسلسل DNA المتعامد في S. بالمعنى الضيق الخمائر.

تخضع معظم جينات دي نوفو لتأثير تراكيب الجينات القديمة

وفرة جينات de novo في S. بالمعنى الضيق معقدة تسمح لنا بتحليل ميزاتها العامة. لقد بحثنا أولاً في عدد جينات de novo التي تتداخل مع ScANCs ، حيث أشارت بعض الدراسات إلى أن جينات de novo تميل إلى التداخل مع الجينات القديمة الحالية (Knowles and McLysaght 2009 Carvunis et al. 2012 Murphy and McLysaght 2012 Neme and Tautz 2013). في الواقع ، تداخلت نسبة كبيرة من جينات de novo مع ScANCs (47٪ في جينات العمر 0 ​​و 79٪ في جينات العمر 1 ، الشكل 4 أ).

ترتبط معظم جينات de novo بالجينات القديمة. (أ) تتداخل نسبة كبيرة من جينات de novo مع الجينات القديمة. تعرف الجينات القديمة (ScANC) بأنها خميرة الخميرة الجينات مع أسلاف ما قبل WGD. (ب, ج) توزيع جينات de novo ذات المواقع أو المسافات النسبية لأقرب ScANCs. تم عرض جميع أقراص CDS التي تحتوي على نسختين على الأقل في (ب) وأقراص CDS التي تحتوي على & gt40 نصوص فقط تم عرضها في (ج). انظر أيضًا الشكل التكميلي S4 ، المواد التكميلية عبر الإنترنت ، لتوزيع جينات de novo ذات الأطوال الأطول (على الأقل 150 أو 300 nt). (د) إن ارتباط جينات de novo بالجينات القديمة لا يرجع ببساطة إلى الطبيعة المدمجة لجينومات الخميرة. تم استخدام CDS بين الجينات (intCDS) لتمثيل الأصل العشوائي لـ CDS في جينوم الخميرة. تمت مقارنة المسافات إلى أقرب ScANC لأقراص CDS غير المتراكبة ScANC بين مجموعة مختلفة من CDS. أظهرت النتيجة أن كلا من جينات العمر 0 ​​و 1 كانت أقرب بكثير إلى ScANCs مقارنة بالمسافات بين intCDS و ScANCs (اختبار Mann-Whitney ، ص القيمة & lt2.2e-16) بمعنى حبلا.

ترتبط معظم جينات de novo بالجينات القديمة. (أ) تتداخل نسبة كبيرة من جينات de novo مع الجينات القديمة. تعرف الجينات القديمة (ScANC) بأنها خميرة الخميرة الجينات مع أسلاف ما قبل WGD. (ب, ج) توزيع جينات de novo ذات المواقع أو المسافات النسبية لأقرب ScANCs. تم عرض جميع أقراص CDS التي تحتوي على نسختين على الأقل في (ب) وأقراص CDS التي تحتوي على & gt40 نصوص فقط تم عرضها في (ج). انظر أيضًا الشكل التكميلي S4 ، المواد التكميلية عبر الإنترنت ، لتوزيع جينات de novo ذات الأطوال الأطول (على الأقل 150 أو 300 nt). (د) إن ارتباط جينات de novo بالجينات القديمة لا يرجع ببساطة إلى الطبيعة المدمجة لجينومات الخميرة. تم استخدام CDS بين الجينات (intCDS) لتمثيل الأصل العشوائي لـ CDS في جينوم الخميرة. تمت مقارنة المسافات إلى أقرب ScANC لأقراص CDS غير المتراكبة ScANC بين مجموعة مختلفة من CDS. أظهرت النتيجة أن كلا من جينات العمر 0 ​​و 1 كانت أقرب بكثير إلى ScANCs مقارنة بالمسافات بين intCDS و ScANCs (اختبار Mann-Whitney ، ص القيمة & lt2.2e-16) بمعنى حبلا.

عندما تم تحليل المواضع النسبية واتجاهات النسخ لـ ScANCs وجينات de novo بشكل أكبر ، وجدنا أنه بالنسبة لجينات de novo التي لا تتداخل مع ScANCs ، كان معظمها قريبًا من ScANCs (على سبيل المثال ، ضمن 250 bp الشكل 4B). بالإضافة إلى ذلك ، غالبًا ما كان نسخ جينات de novo والتداخل أو أقرب ScANCs في نفس الاتجاه. أجرينا أيضًا نفس التحليلات باستخدام جينات de novo التي تعبر عن 40 نسخة على الأقل من mRNA في بيانات TIF-seq أو جينات de novo ذات أطوال CDS أطول (150 أو 300 نانومتر على الأقل). لوحظت أنماط مماثلة (الشكل 4C والتين التكميلي S4 ، المواد التكميلية عبر الإنترنت) ، مما يشير إلى أن السمات المرصودة لجينات de novo لم تكن متحيزة بمستويات التعبير أو أطوال الجينات المختلفة. من الممكن أن يكون ارتباط جينات de novo مع ScANCs يرجع ببساطة إلى الطبيعة المدمجة لجينومات الخميرة. استخدمنا CDSs الجينية (intCDS) لتمثيل الأصل العشوائي لـ CDS في جينوم الخميرة واختبرنا ما إذا كانت مرتبطة ارتباطًا وثيقًا بـ ScANCs. حددنا 34918 intCDS غير متداخلة بأطوال CDS و gt60 nt من المناطق التخليقية وقمنا بقياس المسافة إلى أقرب جين قديم. أظهرت النتائج أن جينات العمر 0 ​​و 1 كانت أقرب بكثير إلى ScANCs مقارنة مع intCDS (اختبار Mann-Whitney ، ص القيمة & lt 2.2e-16) بالمعنى الخيطي (الشكل 4D) ، ولكن ليس في الخيط المضاد للمعنى (ص القيمة & GT 0.5).

ومن المثير للاهتمام ، على الرغم من أن نسخ الجينات de novo يمكن أن تبدأ في المنبع ، داخليًا ، أو في اتجاه مجرى ScANCs ، فإن معظمها ينتهي بشكل وثيق إلى موقع إنهاء ScANCs المرتبطة بها إذا تم نسخها في نفس الاتجاه (الشكل التكميلي S5 ، المواد التكميلية عبر الإنترنت). لتجنب التحيز من الجينات منخفضة التعبير والتي كانت أكثر عرضة للخطأ التجريبي ، قمنا بإعادة تحليل جينات de novo التي تقدم ونصوص gt40 في بيانات TIF-seq. كانت غالبية جينات de novo في هذه المجموعة من أنواع ScANC المنبثقة والداخلية (الشكل 5A والشكل التكميلي S4C والجدول S2 ، المواد التكميلية عبر الإنترنت). تمشيا مع النمط العام ، تم إنهاء جميع أنواع جينات de novo المنبع والداخلية والمتلقية تقريبًا عن قرب إلى مواقع إنهاء ScANCs المرتبطة بها (المسافة المتوسطة = 0 نقطة أساس ، الشكل 5 ب). تشير الطبيعة المتداخلة ومواقع التماثل إلى أن تكوين وتنظيم جينات de novo من المحتمل أن يتأثر بهياكل الجينات القديمة.

غالبًا ما تتأثر هياكل نسخ جينات de novo بـ ScANCs. (أ) تم تصنيف جينات De novo التي تكون نسخها في نفس الاتجاه وتتداخل مع تلك الخاصة بـ ScANC المرتبطة إلى أنواع "أعلى" أو "داخلية" أو "لاحقة" اعتمادًا على المواضع النسبية لبدءها وكودونات التوقف فيما يتعلق ذلك من ScANC المرتبط. تتوافق المناطق الأكثر قتامة من النصوص مع أقراص CDS. تظهر هنا جينات de novo ذات النصوص & gt40 في سجلات بيانات TIF-seq. انظر أيضًا إلى الأشكال التكميلية S4 و S5 ، المواد التكميلية عبر الإنترنت ، لتوزيع جميع جينات de novo ومثال على أنواع مختلفة من جينات de novo. (بغالبًا ما تنتهي جينات de novo القريبة في نفس المواقع مثل ScANCs المرتبطة. لتجنب التحيز من الجينات منخفضة التعبير ، تم تحليل الجينات ذات النصوص & gt40 في بيانات TIF-seq فقط. TSS ، موقع بدء النسخ. TTS ، موقع إنهاء النسخ. (جيتم التعبير عن النوع الأولي لجينات de novo بمستويات أعلى من الأنواع الأخرى (اختبار Mann – Whitney ، ص value & lt2.2e-16 لجميع المقارنات الزوجية).

غالبًا ما تتأثر هياكل نسخ جينات de novo بـ ScANCs. (أ) تم تصنيف جينات De novo التي تكون نسخها في نفس الاتجاه وتتداخل مع تلك الخاصة بـ ScANC المرتبطة إلى أنواع "أعلى" أو "داخلية" أو "لاحقة" اعتمادًا على المواضع النسبية لبدءها وكودونات التوقف فيما يتعلق ذلك من ScANC المرتبط. تتوافق المناطق الأكثر قتامة من النصوص مع أقراص CDS. تظهر هنا جينات de novo ذات النصوص & gt40 في سجلات بيانات TIF-seq. انظر أيضًا إلى الأشكال التكميلية S4 و S5 ، المواد التكميلية عبر الإنترنت ، لتوزيع جميع جينات de novo ومثال على أنواع مختلفة من جينات de novo. (ب) غالبًا ما تنتهي جينات دي نوفو القريبة في نفس المواقع مثل ScANCs المرتبطة. لتجنب التحيز من الجينات منخفضة التعبير ، تم تحليل الجينات ذات النصوص & gt40 في بيانات TIF-seq فقط. TSS ، موقع بدء النسخ. TTS ، موقع إنهاء النسخ. (جيتم التعبير عن نوع المنبع لجينات de novo بمستويات أعلى من الأنواع الأخرى (اختبار Mann – Whitney ، ص value & lt2.2e-16 لجميع المقارنات الزوجية).

نظرًا لأن الجينات ذات مستويات التعبير الأعلى قد يكون لها احتمالية أكبر للتأثير على فسيولوجيا الخلية ، قمنا أيضًا بمقارنة مستويات النسخ لأنواع مختلفة من جينات de novo. تظهر نتيجة هذا التحليل أنه من المرجح أن يتم التعبير عن النوع الأولي لجينات de novo عند مستويات عالية (الشكل 5C).

تعرض جينات De Novo مستويات مختلفة من التركيب وحفظ التسلسل في S. cerevisiae و س. مفارقة السكان

تظل معرفة ما إذا كانت جينات de novo المحددة وظيفية تمثل تحديًا. تظهر الجينات الوظيفية عادة علامات الاختيار الإيجابي أو السلبي. تسمح لنا بيانات السكان بتقييم مستوى حفظ جينات de novo. قمنا بتحليل تسلسل الجينوم من 93 S. cerevisiae سلالات تم جمعها من مواقع جغرافية مختلفة ومنافذ بيئية مختلفة (Strope وآخرون 2015). نظرًا لأن هياكل جينات de novo ديناميكية تمامًا بين السكان (Palmieri et al. 2014 Yang et al. 2015) ، فقد استخدمنا معايير متعددة للحكم على حفظها ، بما في ذلك الحفاظ على أكواد البداية ، وتباين أطوال CDS ، وتباعد تسلسل البروتين (الشكل 6 أ ، انظر المواد والطرق للحصول على التفاصيل).

تكشف بيانات السكان عن مستويات مختلفة من الحفاظ على البروتين بين الجينات العمرية 1 والجينات العمرية 0. (أ) التغيرات في جينات de novo التي يتم ملاحظتها بشكل شائع بين 93 مختلفة خميرة الخميرة سلالات. تضمنت التغييرات الهيكلية فقدان رموز البداية وتغير طول CDS. تم اعتبار تغييرات الطول و gt15 bp فقط متغيرات حقيقية. تم تحديد تباعد التسلسل من خلال هوية تسلسل البروتين من خلال المحاذاة الزوجية. يتم الحفاظ على جينات العمر 1 أكثر من جينات العمر 0 ​​من حيث الهيكل والتسلسل. انظر أيضًا الشكل التكميلي S6 ، المواد التكميلية عبر الإنترنت ، للمقارنة بين جينات de novo و CDS بين الجينات. (بيتم تطبيق اختبارات مختلفة لاكتشاف قوى الانتقاء المحتملة في أنواع مختلفة من CDS من الفئة العمرية 1 عبر الأنواع والسكان. كان النوع الداخلي لجينات de novo مختلفًا بشكل كبير عن جميع الأنواع الأخرى في dN / dS (اختبار Mann – Whitney ، ص القيمة ≤3.86e-15). العمر 1 تحمل الجينات س. مفارقة تم اختيار أطباء تقويم العظام و gt150 bp للتحليل. (ج) النوع الداخلي للجينات العمر 1 كان الأقل تغيرًا في التغيرات الهيكلية. تم تحليل أنواع مختلفة من الجينات من العمر 1 من أجل الحفاظ على بنية CDS في S. cerevisiae و س. مفارقة السكان.

تكشف بيانات السكان عن مستويات مختلفة من الحفاظ على البروتين بين الجينات العمرية 1 والجينات العمرية 0. (أ) التغيرات في جينات de novo التي يتم ملاحظتها بشكل شائع بين 93 مختلفة خميرة الخميرة سلالات. تضمنت التغييرات الهيكلية فقدان رموز البداية وتغير طول CDS. تم اعتبار تغييرات الطول و gt15 bp فقط متغيرات حقيقية. تم تحديد تباعد التسلسل من خلال هوية تسلسل البروتين من خلال المحاذاة الزوجية. يتم الحفاظ على جينات العمر 1 أكثر من جينات العمر 0 ​​من حيث الهيكل والتسلسل. انظر أيضًا الشكل التكميلي S6 ، المواد التكميلية عبر الإنترنت ، للمقارنة بين جينات de novo و CDS بين الجينات. (بيتم تطبيق اختبارات مختلفة لاكتشاف قوى الانتقاء المحتملة في أنواع مختلفة من CDS من الفئة العمرية 1 عبر الأنواع والسكان. كان النوع الداخلي من جينات de novo مختلفًا بشكل كبير عن جميع الأنواع الأخرى في dN / dS (اختبار Mann – Whitney ، ص القيمة ≤3.86e-15). العمر 1 تحمل الجينات س. مفارقة تم اختيار أطباء تقويم العظام و gt150 bp للتحليل. (ج) النوع الداخلي للجينات العمر 1 كان الأقل تغيرًا في التغيرات الهيكلية. تم تحليل أنواع مختلفة من الجينات من العمر 1 من أجل الحفاظ على بنية CDS في S. cerevisiae و س. مفارقة السكان.

على الرغم من أن كلا من جينات العمر 0 ​​و 1 لديها درجات أقل من الجينات القديمة (الشكل 6 أ) ، فإن جينات العمر 0 ​​تختلف اختلافًا كبيرًا عن جينات العمر 1 لجميع المعايير الثلاثة (اختبار مان-ويتني ، الحفاظ على كودون البداية ، ص & lt 2.2 × 10 16 اختلاف طول CDS ، ص & lt 2.2 × 10 −16 هوية تسلسل البروتين ، ص & lt 2.2 × 10 −16) (الشكل 6 أ). انخفاض الحفاظ على الجينات العمرية 0 في S. cerevisiae تشير المجموعات السكانية إلى أن جينات العمر 0 ​​لا تزال في مرحلة مبكرة من تكوين الجينات. بالنسبة لأولئك الذين لم يطوروا وظائف تساهم في لياقة الخلية ، فمن المتوقع أن تتراكم طفرات عشوائية في السكان. في الواقع ، لوحظت مستويات مماثلة من الحفظ في جينات العمر 0 ​​و CDS بين الجينات والتي من المرجح أن تكون غير وظيفية (الشكل التكميلي S6 ، المواد التكميلية عبر الإنترنت).

باستخدام بيانات السكان ، يمكننا تشريح أنواع مختلفة من الجينات العمرية 1 لقوى اختيار مختلفة. أجرينا العديد من الاختبارات (NI: اختبار مؤشر الحياد ، DoS: Direction of Selection test ، MK: McDonald-Kreitman test ، و dN / dS) بحثًا عن علامات الاختيار باستخدام 785 جينة من الفئة العمرية 1 و GT 150 ولديها أطباء تقويم مشتركون بين 94 S. cerevisiae و 5 س. مفارقة السكان (انظر المواد والطرق لمزيد من التفاصيل). أظهرت بياناتنا أن النوع غير المتداخل من جينات de novo كان من المرجح أن يكون تحت اختيار التنقية (متوسط ​​NI = 1.098 ، وسيط DoS = −0.017 ، الشكل 6B). في المقابل ، كان النوع الداخلي للجينات مختلفًا بشكل كبير عن الأنواع الأخرى في dN / dS (اختبار Mann – Whitney ، ص القيمة ≤ 3.86e-15) ومتوسط ​​dN / dS هو 3.43 ، مما يشير إلى أنهم كانوا على الأرجح تحت الاختيار الإيجابي. نظرًا لأن بنية CDS من النوع الداخلي كانت أقل متغيرات (الشكل 6C) ، فقد اقترح أن قيم dN / dS العالية لا ترجع ببساطة إلى التغييرات الهيكلية. بالنسبة للأنواع الأخرى من الجينات ، لم تنحرف بشدة عن الحياد وربما تحت الانتقاء الضعيف أو المحايد بشكل عام.

أخيرًا ، استخدمنا عمليات قطع صارمة في dN / dS (& lt 0.5) ، و DoS (& lt 0) ، والحفظ الهيكلي (& gt 95 ٪ معظم وحدات SCANCs المحفوظة) لجمع مجموعة من جينات de novo التي كان من المرجح أن تكون وظيفية.اجتاز أربعة وخمسون جينًا مرشحًا هذه المعايير ومثلوا مرشحين جيدين لمزيد من الاختبارات الوظيفية (الجدول التكميلي S3 ، المواد التكميلية عبر الإنترنت).

تعرض العديد من جينات De Novo ذات المستويات العالية من النسخ أدلة على ترجمة البروتين

أشار تحليلنا إلى أن غالبية جينات de novo نشأت من مناطق متداخلة مع الجينات القديمة. ومع ذلك ، فإن الأدلة البروتينية للجينات المطبوعة فوقية محدودة للغاية (الجدول التكميلي S1 ، المواد التكميلية عبر الإنترنت). بحثنا عن دليل على ترجمة البروتين في الجينات المطبوعة فوق طاقتها باستخدام بيانات التنميط الريبوسوم من الدراسات السابقة (Ingolia et al. 2009 Brar et al. 2012). نظرًا لأن الطباعة الفوقية لجينات de novo في قائمتنا كانت دائمًا في إطارات مختلفة من ScANCs المتداخلة ، فقد درسنا ما إذا كانت إشارات الريبوسوم قد تم إثرائها في إطارين مختلفين في مناطق الطباعة الفوقية (أمثلة على الجينات المتداخلة كليًا أو جزئيًا الموضحة في الشكل التكميلي S7 ، المواد التكميلية عبر الإنترنت ، واطلع على المواد والطرق للحصول على التفاصيل). أظهر تحليلنا أن إشارات الترجمة قد زادت بشكل كبير في الإطار البديل في المناطق المحتوية على أقراص دي نوفو (الشكل 7 أ) ، مما يشير إلى إمكانية ترجمة العديد من جينات الطباعة الفوقية.

يتم ترجمة العديد من جينات de novo المعبر عنها بشكل كبير وتظهر أنماط توطين بروتين معينة. (أ) يشير التنميط الريبوسومي للطباعة الفوقية لأقراص CDS إلى زيادة إشارات الترجمة من الإطار البديل في المناطق التي تحتوي على أقراص CDS من novo. يتم تعريف الإطار الذي يحتوي على أعلى إشارات ريبوسوم في المنطقة الخاصة بـ ScANC على أنه الإطار 0. يتم تعيين الإطار الآخر الذي يحتوي على إشارات محسنة في منطقة الطباعة الفوقية كإطار 1. والإطار المتبقي هو الإطار 2. وقد تم تحليل الإثراء الخاص بالإطار في CDSs هي (أ) متداخلة تمامًا (بما في ذلك النوع الداخلي لجينات de novo) أو (ب) متداخلة جزئيًا (بما في ذلك أنواع المنبع والمصب) مع ScANCs. أظهرت النتائج أن إشارات الريبوسوم في الإطار 1 كانت غنية بشكل كبير في المناطق التي تحتوي على أقراص CDS من de novo (اختبار Mann-Whitney ، ScANC + de novo مقابل ScANC ، ص value & lt2.2e-16 و = 6.8e-16 للجينات المتداخلة كليًا والمتداخلة جزئيًا ، على التوالي). لم يلاحظ أي تخصيب في الإطار 2 (اختبار Mann – Whitney ، ScANC + de novo مقابل ScANC الخاص ، ص القيمة = 1 و = 0.98 للجينات المتداخلة كليًا والمتداخلة جزئيًا ، على التوالي). في اللوحة اليمنى ، تم تمثيل ملف الريبوسوم لثلاثة إطارات مختلفة في كل CDS بخط رمادي. انظر أيضًا إلى الشكل التكميلي S7 ، المواد التكميلية عبر الإنترنت ، للحصول على أمثلة لجينين للطباعة الفوقية. (ب, ج) الكشف عن البروتينات كاملة الطول لجينات de novo بواسطة لطخة ويسترن. لفحص ما إذا كانت البروتينات كاملة الطول قد تمت ترجمتها من جينات de novo ، اخترنا أنواعًا مختلفة من الجينات المرشحة (الجدول 1) التي تم التعبير عنها لنصوص & gt40 في بيانات TIF-seq لإجراء تحليل لطخة غربية. تم دمج هذه الجينات المرشحة مع GFP (ب) أو TAP (ج) كانت تحت سيطرة مروجيها. من بين 14 مرشحًا ، أظهر 10 إشارات بروتين اندماج يمكن اكتشافها. خدم نازعة هيدروجين الجلوكوز 6 فوسفات (G6PDH) كعنصر تحكم في التحميل. (د) أظهرت بعض بروتينات de novo أنماط توطين خاصة. يمثل بروتين GFP-الانصهار لـ txCDS9817 نمط توطين عصاري خلوي عام. ولوحظ أن خمسة بروتينات أخرى من بروتينات GFP-fusion تتوضع في الميتوكوندريا ، أو محيط الخلية ، أو ER ، أو نقط العصارة الخلوية. انظر أيضًا إلى الشكل التكميلي S8 ، المواد التكميلية عبر الإنترنت ، للتعرف على ميزات البروتين في جينات de novo.

يتم ترجمة العديد من جينات de novo المعبر عنها بشكل كبير وتظهر أنماط توطين بروتين معينة. (أ) يشير التنميط الريبوزومي للطباعة الفوقية لأقراص CDS إلى زيادة إشارات الترجمة من الإطار البديل في المناطق المحتوية على أقراص CDS من novo. يتم تعريف الإطار الذي يحتوي على أعلى إشارات ريبوسوم في المنطقة الخاصة بـ ScANC على أنه الإطار 0. يتم تعيين الإطار الآخر الذي يحتوي على إشارات محسنة في منطقة الطباعة الفوقية كإطار 1. والإطار المتبقي هو الإطار 2. وقد تم تحليل الإثراء الخاص بالإطار في CDSs هي (أ) متداخلة تمامًا (بما في ذلك النوع الداخلي لجينات de novo) أو (ب) متداخلة جزئيًا (بما في ذلك أنواع المنبع والمصب) مع ScANCs. أظهرت النتائج أن إشارات الريبوسوم في الإطار 1 كانت غنية بشكل كبير في المناطق التي تحتوي على أقراص CDS من de novo (اختبار Mann-Whitney ، ScANC + de novo مقابل ScANC ، ص value & lt2.2e-16 و = 6.8e-16 للجينات المتداخلة تمامًا والمتداخلة جزئيًا ، على التوالي). لم يلاحظ أي تخصيب في الإطار 2 (اختبار Mann – Whitney ، ScANC + de novo مقابل ScANC الخاص ، ص القيمة = 1 و = 0.98 للجينات المتداخلة كليًا والمتداخلة جزئيًا ، على التوالي). في اللوحة اليمنى ، تم تمثيل ملف الريبوسوم لثلاثة إطارات مختلفة في كل CDS بخط رمادي. انظر أيضًا إلى الشكل التكميلي S7 ، المواد التكميلية عبر الإنترنت ، للحصول على أمثلة لجينين للطباعة الفوقية. (ب, ج) الكشف عن البروتينات كاملة الطول لجينات de novo بواسطة لطخة ويسترن. لفحص ما إذا كانت البروتينات كاملة الطول قد تمت ترجمتها من جينات de novo ، اخترنا أنواعًا مختلفة من الجينات المرشحة (الجدول 1) التي تم التعبير عنها لنصوص & gt40 في بيانات TIF-seq لإجراء تحليل لطخة غربية. تم دمج هذه الجينات المرشحة مع GFP (ب) أو TAP (ج) كانت تحت سيطرة مروجيها. من بين 14 مرشحًا ، أظهر 10 إشارات بروتين اندماج قابلة للاكتشاف. خدم نازعة هيدروجين الجلوكوز 6 فوسفات (G6PDH) كعنصر تحكم في التحميل. (د) أظهرت بعض بروتينات de novo أنماط توطين خاصة. يمثل بروتين GFP-الانصهار لـ txCDS9817 نمط توطين عصاري خلوي عام. ولوحظ أن خمسة بروتينات أخرى من بروتينات GFP-fusion تتوضع في الميتوكوندريا ، أو محيط الخلية ، أو ER ، أو نقط العصارة الخلوية. انظر أيضًا إلى الشكل التكميلي S8 ، المواد التكميلية عبر الإنترنت ، للتعرف على ميزات البروتين في جينات de novo.

لتأكيد ترجمة جينات de novo بشكل أكبر ، قمنا بفحص تجريبي لإشارات البروتين لـ 14 جينًا جديدًا والتي قدمت ما لا يقل عن 40 نسخة من mRNA في مجموعة بيانات TIF-seq ، والتي تمثل كل فئة فردية من هياكل النسخ (الجدول 1). تم اختيار المزيد من جينات de novo من النوع الداخلي (سبعة جينات) نظرًا لأنه نادرًا ما يتم الإبلاغ عن هذا النوع من الجينات. تم بناء بروتينات الانصهار GFP أو TAP وفحصها باستخدام لطخات غربية. من بين الجينات المختارة ، أظهر 71٪ منهم (10/14) ، بما في ذلك خمسة جينات من النوع الداخلي الجديد ، إشارات يمكن اكتشافها في ظروف النمو الطبيعي (الجدول 1 ، الشكل 7B و C).

ملخص لجينات De Novo التي تم فحصها بواسطة تعريب GFP أو Western.

نوع . اسم CDS. العمر الجيني. طول الجين (NT). الحجم المتوقع للبروتين الانصهار (كيلو دالتون). الغربي. توطين البروتين. ميزة البروتين. الحفاظ على السكان.
داخلي txCDS98171 108 G: 31.04 / T: 25.37 جي / تي السيتوبلازم ص
TXCDS130731 135 ع: 31.67 / ت: 26.00 تي ص
txCDS198111 69 G: 29.43 / T: 23.77 جي الميتوكوندريا ص
txCDS46411 99 G: 30.67 / T: 25.01.0000 جي الميتوكوندريا ص
txCDS113941 81 G: 29.93 / ت: 24.26 تي ص
txCDS183990 108 G: 30.64 / T: 24.98 ص
txCDS154701 138 G: 31.77 / T: 26.10.003 TM ، SP ن
المنبع txCDS174161 225 G: 35.27 / T: 29.61 جي / تي محيط الخلية SP ص
المصب txCDS196591 111 G: 30.83 / ت: 25.16 جي / تي SP ن
مضاد المعنى txCDS26511 108 G: 30.35 / T: 24.68 جي / تي ER TM ن
txCDS124141 177 G: 34.08 / T: 28.42 تي ن
غير مغلف TXCDS22401 192 G: 33.89 / ت: 28.22 TM ص
YLR112W0 420 G: 42.63 / ت: 36.97 ص
YJL118W1 660 G: 52.31 / ت: 46.65 تي مركب نقطي ص
نوع . اسم CDS. العمر الجيني. طول الجين (NT). الحجم المتوقع للبروتين الانصهار (كيلو دالتون). الغربي. توطين البروتين. ميزة البروتين. الحفاظ على السكان.
داخلي txCDS98171 108 G: 31.04 / T: 25.37 جي / تي السيتوبلازم ص
txCDS130731 135 ع: 31.67 / ت: 26.00 تي ص
txCDS198111 69 G: 29.43 / T: 23.77 جي الميتوكوندريا ص
txCDS46411 99 G: 30.67 / ت: 25.01.0000 جي الميتوكوندريا ص
txCDS113941 81 G: 29.93 / ت: 24.26 تي ص
txCDS183990 108 G: 30.64 / ت: 24.98 ص
txCDS154701 138 G: 31.77 / T: 26.10.003 TM ، SP ن
المنبع txCDS174161 225 G: 35.27 / T: 29.61 جي / تي محيط الخلية SP ص
المصب txCDS196591 111 G: 30.83 / ت: 25.16 جي / تي SP ن
مضاد المعنى txCDS26511 108 G: 30.35 / T: 24.68 جي / تي ER TM ن
txCDS124141 177 G: 34.08 / T: 28.42 تي ن
غير مغلف TXCDS22401 192 G: 33.89 / ت: 28.22 TM ص
YLR112W0 420 G: 42.63 / ت: 36.97 ص
YJL118W1 660 G: 52.31 / ت: 46.65 تي مركب نقطي ص

ملحوظة - الصفوف باللون الرمادي: الجينات التي لا تحتوي على دليل بروتيني في هذه الدراسة. الحجم المتنبأ والغربي: G يمثل حجم / إشارة GFP ويمثل T حجم / إشارة TAP. ميزات البروتين: يمثل TM مجال الغشاء ويمثل SP إشارة الببتيد. الحفاظ على السكان: كما هو محدد في الشكل 6 أ.

ملخص لجينات De Novo التي تم فحصها بواسطة تعريب GFP أو Western.

نوع . اسم CDS. العمر الجيني. طول الجين (NT). الحجم المتوقع للبروتين الانصهار (كيلو دالتون). الغربي. توطين البروتين. ميزة البروتين. الحفاظ على السكان.
داخلي txCDS98171 108 G: 31.04 / T: 25.37 جي / تي السيتوبلازم ص
TXCDS130731 135 ع: 31.67 / ت: 26.00 تي ص
txCDS198111 69 G: 29.43 / T: 23.77 جي الميتوكوندريا ص
txCDS46411 99 G: 30.67 / T: 25.01.0000 جي الميتوكوندريا ص
txCDS113941 81 G: 29.93 / ت: 24.26 تي ص
txCDS183990 108 G: 30.64 / T: 24.98 ص
txCDS154701 138 G: 31.77 / T: 26.10.009 TM ، SP ن
المنبع txCDS174161 225 G: 35.27 / T: 29.61 جي / تي محيط الخلية SP ص
المصب txCDS196591 111 G: 30.83 / ت: 25.16 جي / تي SP ن
مضاد المعنى txCDS26511 108 G: 30.35 / T: 24.68 جي / تي ER TM ن
txCDS124141 177 G: 34.08 / T: 28.42 تي ن
غير مغلف TXCDS22401 192 G: 33.89 / ت: 28.22 TM ص
YLR112W0 420 G: 42.63 / ت: 36.97 ص
YJL118W1 660 G: 52.31 / ت: 46.65 تي مركب نقطي ص
نوع . اسم CDS. العمر الجيني. طول الجين (NT). الحجم المتوقع للبروتين الانصهار (كيلو دالتون). الغربي. توطين البروتين. ميزة البروتين. الحفاظ على السكان.
داخلي txCDS98171 108 G: 31.04 / T: 25.37 جي / تي السيتوبلازم ص
TXCDS130731 135 ع: 31.67 / ت: 26.00 تي ص
txCDS198111 69 G: 29.43 / T: 23.77 جي الميتوكوندريا ص
txCDS46411 99 G: 30.67 / T: 25.01.0000 جي الميتوكوندريا ص
txCDS113941 81 G: 29.93 / ت: 24.26 تي ص
txCDS183990 108 G: 30.64 / ت: 24.98 ص
txCDS154701 138 G: 31.77 / T: 26.10.009 TM ، SP ن
المنبع txCDS174161 225 G: 35.27 / T: 29.61 جي / تي محيط الخلية SP ص
المصب txCDS196591 111 G: 30.83 / ت: 25.16 جي / تي SP ن
مضاد المعنى txCDS26511 108 G: 30.35 / T: 24.68 جي / تي ER TM ن
txCDS124141 177 G: 34.08 / T: 28.42 تي ن
غير مغلف TXCDS22401 192 G: 33.89 / ت: 28.22 TM ص
YLR112W0 420 G: 42.63 / ت: 36.97 ص
YJL118W1 660 G: 52.31 / ت: 46.65 تي مركب نقطي ص

ملحوظة - الصفوف باللون الرمادي: الجينات التي لا تحتوي على دليل بروتيني في هذه الدراسة. الحجم المتنبأ والغربي: G يمثل حجم / إشارة GFP ويمثل T حجم / إشارة TAP. ميزات البروتين: يمثل TM مجال الغشاء ويمثل SP إشارة الببتيد. الحفاظ على السكان: كما هو محدد في الشكل 6 أ.

الدمج المحتمل لجينات De Novo في الشبكات الوظيفية الحالية في S. cerevisiae

بالإضافة إلى أدلة الترجمة ، بحثنا عن هياكل المجال المعروفة في جينات de novo. بخلاف مجال الغشاء الذي تم الإبلاغ عنه في دراسة سابقة (Carvunis et al. 2012) ، تم اكتشاف الببتيدات التي تستهدف الميتوكوندريا وببتيدات الإشارة في بروتينات de novo الخاصة بنا (الشكل التكميلي S8 ، المواد التكميلية عبر الإنترنت). ومن المثير للاهتمام ، أنه تم العثور على مجالات الغشاء وببتيدات الإشارة بنسب تقارب نصف تلك الموجودة في الجينات القديمة ، مما يشير إلى أن البروتينات المشكلة حديثًا يمكن أن تولد هاتين الميزتين بسهولة.

تم فحص جينات de novo التي تم التحقق من صحتها في تجارب اللطخة الغربية لدينا لمعرفة أنماط توطينها. ومن المثير للاهتمام أن نصف بروتينات de novo (5/10) أظهرت أنماط توطين مميزة جدًا (الشكل 7 د). تم ترجمة البروتينات المشفرة بواسطة txCDS19811 و txCDS4641 إلى الميتوكوندريا. تم إثراء البروتينات المشفرة بواسطة txCDS17416 و txCDS2651 في محيط الخلية والشبكة الإندوبلازمية (ER) ، على التوالي. البروتين المشفر بواسطة YJL118W تشكلت هياكل نقطية. تشير هذه النتائج إلى أن بروتينات de novo قادرة على التفاعل مع نظام النقل القديم ويتم الحفاظ عليها بثبات في حجرات خلوية مختلفة.


معلومات الكاتب

الانتماءات

CNRS، UMR 7232، Observatoire Océanologique، Avenue du Fontaulé، BP44، 66650، Banyuls-sur-Mer، France

رومان بلانك ماتيو ، وإيفلين ديريل ، ونيجل جريمسلي ، وإيرفي مورو ، وأمبير غوينيل بيغانو

UPMC Univ Paris 06، Observatoire Océanologique، Sorbonne Universités، Avenue du Fontaulé، 66650، Banyuls-sur-Mer، France

رومان بلان ماتيو ، وإيفلين ديريل ، وفرانسوا إيف بوجيه ، ونايجل جريمسلي ، وإيرفي مورو ، وأمبير جوينيل بيغانو

قسم التكنولوجيا الحيوية النباتية والمعلوماتية الحيوية ، جامعة غينت ، Technologiepark 927 ، B-9052 ، غينت ، بلجيكا

برام فيرهيلست وستيفان رومباوتس وإيف فان دي بير

قسم بيولوجيا أنظمة النبات ، VIB ، Technologiepark 927 ، B-9052 ، غينت ، بلجيكا

برام فيرهيلست وستيفان رومباوتس وإيف فان دي بير

CNRS، UMR 7621، Observatoire Océanologique، Avenue du Fontaulé، BP44، 66650، Banyuls-sur-Mer، France

جامعة وارويك ، كوفنتري ، المملكة المتحدة

LIRMM و Institut de Biologie Computationelle، CNRS و Universite Montpellier، 34095، Montpellier Cedex 5، France

آني شاتو وأمبير إريك ريفالز

كلية علوم الحياة ، جامعة ساسكس ، برايتون ، المملكة المتحدة

UMR 7247، Centre INRA de Nouzilly، Nouzilly، France

قسم الولايات المتحدة لمعهد الجينوم المشترك للطاقة ، والنوت كريك ، كاليفورنيا ، 94598 ، الولايات المتحدة الأمريكية

قسم علم الوراثة ، معهد أبحاث الجينوم ، جامعة بريتوريا ، بريتوريا ، جنوب إفريقيا

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

المؤلف المراسل


صياد الجينات

Louis M. Kunkel هو رجل نحيل متوسط ​​الطول ولديه الكثير من الطاقة والعاطفة الهادئة والمثابرة الملحوظة. لا يهتم أستاذ طب الأطفال وعلم الوراثة بالدعاية إلا قليلاً ، لكنه مع ذلك أصبح بطلاً في الثمانينيات عندما اكتشف ليس فقط علامة على الجين الدوشيني للضمور العضلي (DMD) ، ولكن الجين نفسه والبروتين الذي يحدده ، وبالتالي تسهيل تشخيص الأجنة المصابة والناقلات. يعمل في حلقة الوصل بين الأبحاث المعملية والتطبيقات السريرية خلال 30 عامًا في مستشفى الأطفال في بوسطن ، ولا يزال على اتصال بمرضى DMD وعائلاتهم الذين رآهم منذ فترة طويلة. دفعته معاناتهم إلى دفع استخدام علم الوراثة وعلم الجينوم في سعيه لابتكار طرق محسّنة للتشخيص والعلاج. قصته هي قصة واقعية عن مدى ارتفاع الحواجز أمام العلماء الذين يسعون جاهدين لوضع علم الجينوم في العمل لمهاجمة مرض وراثي.

DMD ، أكثر أنواع ضمور العضلات شيوعًا وشدة ، يحكم على ضحاياه - جميع الأولاد تقريبًا - بسلسلة من العمليات الجراحية ، بالإضافة إلى مجموعة من المنشطات التي لا يمكنها فعل أكثر من تأخير حبسهم الحتمي إلى كرسي متحرك حول سن العاشرة. يموتون في العشرينات أو الثلاثينيات من العمر عندما تفشل عضلات القلب والجهاز التنفسي لديهم. كما يعاني ثلث الضحايا من تخلف عقلي. المأساة الإضافية هي أن المرض لا يظهر إلا بشكل تدريجي ، ويصبح واضحًا في سن الرابعة أو الخامسة عندما يواجه الطفل صعوبة في النهوض أو الجري. وكما قال كونكيل بهدوء لمجموعة من الصحفيين الزائرين في عام 1998 ، "معظم عائلات دوشين يائسة. إنه لأمر محزن أن تتفاعل معهم. رأيت صبيا في الخامسة. يبلغ من العمر الآن 19 عامًا على كرسي متحرك ويحتاج إلى جهاز تنفس. لقد شاركت في إعانة لعائلته. من غير المعتاد أن يتفاعل معمل الأبحاث الأساسية مع المرضى. إنها تضع كل شيء في نصابها. يضيف بعدًا آخر غير الفضول الفكري ".

على الرغم من هذا الشغف ، فإن بحث Kunkel عن علاج لـ DMD يبرز مدى تحدي الوعد الكبير لعلم الجينوم - لكشف أسباب المرض ، واكتشاف العلاجات - بعد 10 سنوات من صياغة أول تسلسل للجينوم البشري. يوضح عمله أيضًا تصميم عدد متزايد بسرعة من الباحثين في جميع أنحاء العالم على تكثيف البحث عن العلاج والوقاية المستند إلى الجينوم ، وليس التراخي. يبحث علماء الأحياء الذين يعملون باستخدام هذه البيانات عن الأسباب الجزيئية ، وليس الأعراض فقط ، للأمراض النادرة والشائعة ، من أجل إنتاج طرق محددة لمكافحة أمراض الأفراد.

ولكن على الرغم من التقدم الهائل في فهم وظائف العديد من الجينات البشرية البالغ عددها 20000 ، وجد الباحثون أن الأسباب الجينية الكامنة وراء مرض واحد قد لا تكمن فقط في الاستبدالات البسيطة لوحدات الحمض النووي الفرعية ، ولكن أيضًا في عمليات الحذف والإدخال والانعكاس الأكبر بكثير ، والاختلافات في عدد نسخ التسلسلات المتكررة. إنهم يتعلمون أن المسارات البيوكيميائية المتنوعة في الخلية الحية يمكن أن تؤدي إلى نفس النتيجة. إنهم يواجهون المفارقة القائلة بأن تعدد الأسباب قد يعقد فهم المرض - ومع ذلك قد يفتح المزيد من الفرص للسيطرة عليه أو الوقاية منه.

إن المجموعة المحيرة من التشوهات الجينية التي يمكن أن تضعف النظام البيولوجي تعني أن فهم المرض من منظور جيني سيتطلب من العلماء ترتيب تسلسل الجينوم لأعداد كبيرة من المرضى الفرديين - ثم تجميع هذه البيانات وتخزينها وربطها بالتاريخ الطبي الفردي على نطاق واسع. كما أدرك Kunkel والعديد من الآخرين ، فإن نموذج البحث هذا يثير مخاوف أخلاقية متنافسة حول الخصوصية وحقوق المرضى لمعرفة ما إذا كان لديهم استعداد للإصابة بمرض. إن لحظة حل هذه القضايا الكبيرة هي أقرب في المتناول مما يعرفه معظم الناس.

عندما بدأ كونكل في البحث عن الجينات المرتبطة بالأمراض في أوائل الثمانينيات ، ركز على واحد من عدة آلاف من الأمراض النادرة المرتبطة بالطفرات في جينات واحدة ، وليس الأمراض الشائعة مثل السرطان أو مرض السكري. لكن الاقتناع بين العلماء والجمهور على حد سواء بأن الجينات مسؤولة عن جزء كبير من مخاطر الأمراض البشرية كان شائعًا بالفعل. بدأت اختبارات ما قبل الولادة ، التي بدأت بأمراض مثل متلازمة داون وتاي ساكس ، بالانتشار في السبعينيات ، وتكثفت في الثمانينيات بعد عزل الجينات المرتبطة برقص هنتنغتون ، والتليف الكيسي ، وسرطان الثدي ، ومئات من الآلام الأخرى ، بما في ذلك مرض كونكل. الهدف: DMD. كان كل هذا يحدث بالكاد بعد عقد من الزمن بعد أن تعلمت العلوم البيولوجية عزل الجينات ، ونقلها من كائن حي إلى آخر للأغراض البحثية والصناعية ، وتوضيح الوحدات الفرعية لرمز الحياة المتضمن في الحمض النووي. في حديثه إلى مجموعة من المراسلين في عام 1989 ، قال كونكيل إن الطب كان حتى ذلك الوقت يركز على الأمراض التي تسببها العوامل الغازية من الخارج ، وكان قد بدأ للتو في فهم الأمراض الوراثية والسرطانات التي تنشأ داخلنا.

Kunkel ، في الواقع ، هو أحد الباحثين الذين ساعد نجاحهم في العثور على الجينات المرتبطة بالأمراض على بلورة فكرة مشروع الجينوم البشري ، الدافع الدولي لتوضيح جميع الوحدات الفرعية للحمض النووي البشري. لقد أنتج هذا أكبر الجهود المركزة في تاريخ علم الأحياء بالفعل انفجارًا فكريًا مليئًا بالمفاجآت ، مثل عدد لا يحصى من الضوابط الجينية المكتشفة حديثًا في الجينوم نفسه والبروتينات التي تلتف حوله. إن التطورات التكنولوجية المصاحبة تمكن الباحثين بالفعل من أخذ عينات من الهبات الجينية لآلاف الأشخاص وقراءة الحمض النووي لمئات الأفراد بالكامل ، ليس فقط لتحديد المزيد من أسباب المرض ولكن أيضًا لبدء توجيه القرارات العلاجية في العيادة. أكتوبر الماضي، طبيعة سجية نشر مسحًا شمل 93 مركزًا رئيسيًا للجينوم في جميع أنحاء العالم تستخدم ، في المجمل ، حوالي 1250 من جيل جديد من آلات التسلسل فائقة السرعة. قدرت المجلة أن 2700 تسلسل بشري ستكتمل بحلول نهاية ذلك الشهر - و 30000 بحلول نهاية عام 2011. ومع ذلك ، هناك الكثير من نفاد الصبر مع الظهور البطيء المؤلم للتطبيقات الطبية القائمة على الجينوم ، مما أدى إلى انتقادات للمؤسسة بأكملها تم الترويج له.

في عام 1986 ، بعد أن قام كونكل وثلاثة من زملائه من أطفاله باستنساخ الجين الخاص بـ DMD ، قاموا على الفور بالضغط إلى الأمام في عملية بحث لمدة عام كامل عن منتج الجين ، وهو بروتين أطلقوا عليه اسم dystrophin. تمنع الطفرة المؤدية إلى DMD تصنيع هذا الجزيء - وهو عضو مهم في مجموعة من الجزيئات التي تصلح العضلات بعد إجهاد الانقباضات المتكررة. بدون dystrophin ، تتمزق العضلات وتتآكل قبل الأوان لأنها تنثني ، ولا يمكن تجديدها ، مما يترك مرضى DMD بلا عضلات تقريبًا في نهاية حياتهم القصيرة.

كما اكتشفت مجموعة Kunkel ، فإن الديستروفين - مثل كل عشرات الآلاف من البروتينات في الجسم ، بما في ذلك تلك المشاركة في مئات الاضطرابات الوراثية - يتكون من مزيج فريد خاص به من 20 نوعًا من الجزيئات الصغيرة تسمى الأحماض الأمينية.

يتم ترتيب هذه الأحماض الأمينية بالترتيب وفقًا للشفرة الجينية للحمض النووي ، والتي يتم توضيحها من خلال "القواعد" الأربعة المسماة الأدينين والثايمين والجوانين والسيتوزين (A ، و T ، و G ، و C) والمثبتة على طول الزوايا اليمنى إلى خيوط السكر والفوسفات المزدوجة للحلزون المزدوج للحمض النووي. تشكل الثلاثيات المكونة من هذه القواعد الفردية الأربع كلمات مشفرة ، أو "كودونات" ، كل منها تدل على أنه يجب تركيب حمض أميني معين في تلك النقطة في البروتين الشبيه بالسلسلة. هناك أيضًا أكواد للبدء والإيقاف ، مثل الحرف الكبير في بداية الجملة أو النقطة في النهاية. يتم نسخ سلسلة أكواد الحمض النووي التي توضح بروتينًا معينًا إلى "رسول" (مصنوع من الحمض النووي الريبي الكيميائي ذي الصلة) ينتقل من نواة الخلية إلى منصات تجميع البروتين الكروية التي تسمى الريبوسومات.

يتكون الديستروفين من حوالي 3800 من الأحماض الأمينية ، وهو هدف سهل للغاية للطفرات الجينية. يتم ترميز تسلسل الحمض النووي الخاص به من خلال 79 امتدادًا منفصلاً - تسمى exons - تتناثر على طول مليونين ونصف مليون من "أحرف" الحمض النووي التي يبلغ عددها ثلاثة مليارات. في مرضى ضمور العضالت - دوشن ، طفرة تضيف أو تطرح فقط واحد يغير حرف الحمض النووي "إطار القراءة" بحيث تصبح بقية الرسالة هراء.

لأن الديستروفين هو باب حظيرة لهدف وراثي ، تستمر أنواع جديدة من الطفرات في الظهور. في الثمانينيات من القرن الماضي ، كان ثلث الأولاد البالغ عددهم 600 أو ما يقارب ذلك المولودون مصابين بمرض ضمور العضلات - دوشن في الولايات المتحدة كل عام ضحايا لتغير وراثي "متقطع" ينشأ في أمهاتهم. وفي باقي الحالات ورثت الأم العيب من لها أم. تشير التقديرات إلى أن امرأة واحدة من بين كل 5000 امرأة حامل ، لكن الكثيرات ما زلن لا يعرفن ذلك. غالبًا ما يفتقر الآباء والأمهات إلى التاريخ الطبي العائلي الذي قد ينبههم إلى اختبار أنفسهم أو على الجنين. بحلول الوقت الذي يتم فيه تشخيص إصابة الصبي بمرض ضمور العضلات ، فإن واجب الطبيب المحزن هو إخبار الوالدين عن المسار المتوقع للمرض دون علاج. (يتذكر كونكيل إحدى الأمهات التي أحضرت طفلها المصاب البالغ من العمر أربع سنوات إلى عيادة الأطفال ، مع ابن أصغر لم يتم تشخيصه بعد).

بحث Kunkel وزملاؤه عن علاج ، في التنافس والتعاون مع المجموعات العلمية في جميع أنحاء العالم ، ركز على إيجاد طريقة لتزويد البروتين المفقود. ولكن كيف؟ لا يمكن أن ينجح الحقن بالشكل الطبيعي لأن الديستروفين ضخم جدًا ولا يمكنه اختراق جدران الخلايا العضلية. لقد فشلت أيضًا العديد من أشكال نقل الخلايا أو العلاج الجيني. كما هو الحال مع العديد من الأمراض الوراثية النادرة ولكنها كارثية ، كان البحث عاجلاً ، ولكنه أثبت أنه محبط لفترة طويلة.

في أوائل الثمانينيات ، واجهت مجموعة Kunkel تنبؤات شبه عالمية بأنه سيكون من المستحيل رسم خريطة للكروموسوم X ، المعروف بالفعل أنه موقع الخلل الجيني المتورط في DMD. كانت التقنيات الجزيئية القديمة لرسم خرائط الجينات مرهقة وطويلة. تم التعامل مع الحمض النووي المستخرج من الخلايا وقياسه مباشرة ، وتم نقل جميع البيانات إلى أجهزة الكمبيوتر يدويًا. لتحديد موقع الموقع المحدد (الذي تبين أنه يقع على الذراع القصيرة للكروموسوم) ، بدأوا "المشي" في كلا الاتجاهين على طول خيوط الحمض النووي ، ومقارنة كل امتداد بالمنطقة المقابلة من الحمض النووي الطبيعي للعثور على الأجزاء المفقودة. بعد ثلاث سنوات ، كانت الثمار الأولى عبارة عن "علامات" بالقرب من تسلسل الجاني بعد ثلاث سنوات ، تم العثور على الجين نفسه.

في الثلاثين عامًا الماضية ، تغيرت طرق Kunkel في إثارة المساهمات الجينية للأمراض بشكل كبير ، من عالم "رطب" للتعامل مع عينات الحمض النووي إلى عالم "جاف" إلى حد كبير من الأدوات الآلية وأجهزة الكمبيوتر والبرامج المعقدة. لقد ساعدت هذه التطورات التكنولوجية ، بالتأكيد ، في تقريب خط النهاية في السباق نحو الحلول. لكن الحجم المتزايد بشكل كبير من البيانات الإلكترونية يخلق تحديات هائلة في التفسير.

يعترف Kunkel بأنه لم يتوقع أبدًا أن يستغرق ظهور العلاجات وقتًا طويلاً. ومع ذلك ، استمر هو وكثيرون آخرون في الأوساط الأكاديمية وصناعة الأدوية في ذلك. اليوم ، يركزون كثيرًا على الآلية الجينية التي ساءت. باستخدام شكل من أشكال العلاج الجيني الذي يسميه كونكل "تصحيح الجينات" ، يأملون في خداع آلية تخليق البروتين في خلايا العضلات لخلق شكل مبتور على الأقل من ديستروفين. في أحد الأساليب الحالية ، يضيف الباحثون مواد كيميائية خاصة كإنزيم ينسخ الحمض النووي إلى تعليمات الحمض النووي الريبي المرسال لصنع البروتين الذي يحث إنزيم النسخ على تخطي ما يكفي من إكسونات ديستروفين 79 لاستعادة إطار القراءة الصحيح للباقي. من الناحية المثالية ، من شأن الديستروفين القصير الناتج عن ذلك تعديل شدة مرض المريض من متغير دوشين إلى آخر يسمى بيكر ، مما يسمح بحياة أطول وأقل إيلامًا. (يولد ضحايا بيكر ببروتينات ديستروفين مختصرة).

تعتبر المناهج الأخرى التي تم الحكم عليها واعدة هي استخدام المواد الكيميائية لإجبار الحمض النووي على "قراءة" كود الإيقاف المبكر ، بحيث يصنع بروتينًا أكثر اكتمالاً ، وجهودًا لتعزيز إنتاج الجسم الطبيعي للبروتين ذي الصلة ، utrophin ، الذي قد القيام ببعض أعمال الديستروفين على الأقل. دخلت العديد من هذه الطرق تجارب سريرية في الولايات المتحدة وأماكن أخرى.

في الآونة الأخيرة ، ركز مختبر Kunkel على جبهة مهمة أخرى في البحث عن علاجات أو التخفيف من DMD. يتضمن ذلك زيادة عدد "الكائنات الحية النموذجية" المختبرية المناسبة - حيث يمكن اختبار علاجات الضمور العضلي الممكنة - بما يتجاوز الفئران المعدلة وراثيًا. كان هو وزملاؤه ، بما في ذلك Jeffrey R. Guyon و Genri Kawahara ، متحمسين لمعرفة أن شكلاً من أشكال الحثل العضلي يحدث في أحد الكائنات الحية الأكثر استخدامًا في علم الأحياء التنموي: سمكة الزرد غزيرة الإنتاج وقصيرة العمر ، والتي تقدم أجنتها الشفافة وجهات نظر واضحة عن آثار الطفرات على العضلات. في محاولة لعكس اضطراب أسماك الزرد ، يختبر مختبر Kunkel مكتبة تضم حوالي 4000 دواء تمت دراستها عن كثب ولكن لم يتم تفكيكها أو تم وضعها على الرف ، وقد وجد بالفعل العديد منها يبدو واعدًا.

وفي الوقت نفسه ، على الرغم من التقدم في العثور على ملف علاج او معاملة بالنسبة إلى DMD كان بطيئًا ، فقد استفادت إحدى المناطق بشكل كبير: كان لعملية تحديد وتسلسل الجينات وبروتيناتها تأثير سريع ومثير ومتزايد على جودة تشخبص.

في الطب ، حيث يميل التشخيص إلى أن يأتي قبل العلاج ، فإن تحديد الجين وبروتينه يفتح خيارات غير متوفرة حتى الآن. تشير كونكل إلى أن المرأة الحاملة لمرض ضمور العضالت - دوشن ربما تكون قد رأت شقيقها يموت بسبب المرض. يمكنها الآن إجراء اختبار في الرحم ، وإذا كان الجنين الذكر طبيعيًا ، فقم بإكماله. يتوفر الإخصاب في المختبر ، بما في ذلك التشخيص الجيني قبل زرع البويضة ، بشكل متزايد. كما جعل الفهم الجيني التشخيص أقل إيلامًا وخطورة: يمكن استبدال الخزعات العضلية لحديثي الولادة والأطفال الصغار بدراسات الحمض النووي البسيطة. وقد أدى هذا التقدم إلى ارتفاع حاد في نسبة النساء الأميركيات اللواتي يعرفن أنهن يحملن العيب الخطير في ضمور العضلات. نتيجة لذلك ، فإن "المتقطع" المتكرر ، من جديد تمثل الطفرات الموجودة في DMD الآن أكثر من نصف المواليد الأحياء للضحايا ، بعد أن كان الثلث قبل ربع قرن.

كان التشخيص الجيني مدفوعًا بأدوات جديدة لاستكشاف وهبة الجسم الوراثية. واحدة من هذه هي "شريحة الحمض النووي" (مستطيل زجاجي صغير به مجموعة واسعة من الآبار المجهرية - "مصفوفة ميكروية" - تحتوي على عينات من الحمض النووي يمكنها مسح الاختلافات في جينوم الفرد بمليون نقطة بتكلفة بضع مئات من الدولارات ). آخر هو آلة تسلسل الحمض النووي. زادت أجهزة الكمبيوتر والبرامج المصاحبة في السرعة والدقة بمعدل مذهل ، مما قلل بسرعة من تكلفة عمل تسلسل كامل لجينوم الشخص. قبل أقل من عقد من الزمان كانت في حدود 100 مليون دولار أو أكثر. (تكلف أول تسلسل كامل لفرد مسمى ، جيمس واتسون ، المكتشف المشارك للحمض النووي ، 454 علوم الحياة في كونيتيكت وشريكها ، مركز الجينوم في كلية بايلور للطب ، مليون دولار أو نحو ذلك في عام 2007.) بوتيرة أسرع حتى من ذلك في الإلكترونيات ، قامت عدة أجيال من التقنيات الجديدة المتنافسة بخفض السعر الأصلي بأربعة أوامر من حيث الحجم إلى 10000 دولار ، مع توقع خفض إضافي إلى 1000 دولار في غضون عامين. (في عام 2010 ، خفضت شركة Illumina ومقرها سان دييغو رسومها البالغة 48000 دولارًا أمريكيًا إلى 19500 دولارًا للفرد ، و 13500 دولارًا لكل فرد لمجموعة مكونة من خمسة أفراد ، و 9500 دولار أمريكي عند وصفها من قبل الطبيب.) كما بدأت العديد من المراكز الأكاديمية في استخدام اختصار: التسلسل فقط الحمض النووي "exome" الذي يرمز للبروتينات - بتكلفة تقارب نصف تكلفة التسلسل الكامل - للعثور على التغيير الجيني الدقيق الذي يسبب المرض. قريبا تكلفة تسلسل الشخص بأكمله من المحتمل أن يساوي الجينوم السعر المدفوع الآن لاختبار a غير مرتبطة خلل جيني ، يعد بمزيد من التقدم بالجملة في مقياس التحليل الجيني.

لقد أقنعت هذه التطورات السريعة إسحاق س. (زاك) كوهين - زميل Kunkel في الأطفال ومدير مكتبة كونتواي في كلية الطب بجامعة هارفارد - وزملائهم في العمل أن الطب يدخل عالمًا فيه عشرات الآلاف ، بل الملايين ، من المحتمل أن يصبح من المرضى مشاركين في أبحاث وراثية طويلة الأمد. يزيد هذا الاتجاه من المخاوف التي أزعجت كوهين لأول مرة في الثمانينيات ، عندما كان في نفس الوقت يسعى للحصول على درجة الدكتوراه في جامعة بوسطن ويعمل للحصول على درجة الدكتوراه في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في الذكاء الاصطناعي من حيث صلته باتخاذ القرارات الطبية. أصبح مقتنعًا بأن البيانات الطبية للمريض الواردة من جميع مقدمي الرعاية يجب ألا تكون مركزية ومتاحة بسهولة للمريض فحسب ، بل يجب أيضًا الوصول إليها بسهولة للبحث والعلاج - حتى مع احترام خصوصية المريض.

في عالم طبي يضم ملايين المرضى يشاركون في الأبحاث الجينية ، فإن الأهداف الرئيسية لسنوات وعقود من الدراسة التعاونية ستكون ضبط العلاجات للخصائص الموروثة للناس ، لتتبع ما إذا كان الناس قد أصيبوا بالفعل بمرض يكونون عرضة له ، وكشف المزيج الحقيقي من التأثيرات الجينية والبيئية على المرض. على عكس الممارسة المعتادة في دراسات علم الوراثة اليوم ، سيتمكن المشاركون من استرداد بياناتهم الشخصية إذا أرادوا ذلك ، وتلقي الاستشارة الوراثية. الهدف هو صفقة جديدة بين المتطوعين والباحثين في علم الوراثة. يشعر كوهين وزملاؤه أن هذه الصفقة الجديدة ضرورية وقابلة للتحقيق من الناحية الفنية -لو سوف يعترف الباحثون والأطباء بأن المشاركين نكون قادر على معالجة المعلومات الطبية المعقدة.

كان Kunkel ، الذي يعمل كمستشار رئيسي لجمعية الحثل العضلي ، وهي مجموعة أمريكية للدفاع عن المرضى بميزانية سنوية تبلغ 160 مليون دولار ، ويدير أيضًا برنامج علم الجينوم في Children’s ، مدافعًا قويًا عن مثل هذا النموذج الذي يشارك فيه المريض. الآن أنشأ Children’s شراكة Gene حيث سيتمكن المشاركون من رؤية نتائجهم إذا رغبوا في ذلك. بدأ البرنامج في تسجيل المشاركين في الربيع الماضي ، بدءًا من قسم الطب التنموي بالمستشفى ، وبحلول أواخر الخريف كان قد جند حوالي 650 متطوعًا. يقول Kunkel إن الطموح هو تسجيل ما مجموعه 10000 في غضون "عام أو عامين".

الهدف الأساسي للشراكة الجينية هو التركيز على الطفرات الفعلية التي تساهم في المرض. ولكن من أجل حشد القوة الإحصائية اللازمة لاكتشاف هذه الإبر في كومة قش ، يعلم Kunkel و Kohane وزملاؤهم أنهم بحاجة إلى إقناع أعداد كبيرة جدًا من المرضى بالتسجيل في دراسات مماثلة. سيحتاج الباحثون في جميع أنحاء العالم إلى أن يكونوا قادرين على مشاركة مثل هذه البيانات على نطاق واسع ، ومقارنة التاريخ الطبي للمرضى مع ملفاتهم الجينية ، مع الاعتراف في الوقت نفسه بمخاوف كوهان: تخزين كميات هائلة من المعلومات البيولوجية الحميمة - مفتاح هذا النوع الجديد من الطب - في بدوره يثير معضلات أخلاقية جديدة.

يتوقع فريق Gene Partnership أنه عندما يتعلم عدد كبير من الناس المزيد عن مخاطر الإصابة بأمراض معينة وحساسيتهم للأدوية ، فمن المحتمل أن ينخرطوا في أنواع جديدة من المحادثات مع مقدمي الرعاية الطبية. ستكون إحدى القضايا المهمة هي ما إذا كانت نتائج الاختبارات الجينية تقدم إنذارات خاطئة أو تخفي مشكلات حقيقية. ازدادت حدة هذه المشكلة بالنسبة لكونكل عندما بدت دراسة حول التوحد أجراها هو وكوهان أن طفلين من الأطفال المشاركين لديهم طفرة مرتبطة بسرطان الدم. يتذكر كوهين أنه خسر "ليلتين من النوم" بسبب إخبار الوالدين من عدمه. على الرغم من أن إعادة اختبار البيانات كشفت أن ارتباط سرطان الدم الظاهر نتج عن قطعة أثرية تجريبية ، بدأ كوهان وكونكل وزملاؤهم في التفكير في التفاصيل العملية لنظام من شأنه نقل معلومات المخاطر إلى المرضى المشاركين مع الحفاظ على الخصوصية.

وقد أثارت المجموعة هذه القضايا بشكل متكرر في المطبوعات. مقال عام 2007 في علم، على وجه الخصوص ، دعا إلى "إعادة تأسيس ميثاق الباحث والمريض" من خلال الدعوة إلى ما أصبح شراكة الجينات. لقد تصوروا أن يضيف المرضى عينات ومعلومات كما يشاءون ، أو ينسحبون من المجموعة إذا اختاروا ذلك. سيتلقى المرضى سجلاتهم الطبية الخاصة (كما يحدث بالفعل في بعض مرافق الرعاية الصحية ، بما في ذلك تلك التي تديرها إدارة المحاربين القدامى). يتحكم المرضى المشاركون في وقت الاتصال بهم عن طريق اختيار وقت "ضبط" التنبيهات حول الاكتشافات وتأثيرها السريري المحتمل. هذه "البث" التي تستهدف الموضوعات المجهولة من الشراكة الجينية سوف تتضمن خصائص موصوفة بعناية والتي سيتعرف عليها المستلمون. قد تتضمن التنبيهات أيضًا طلبات من الباحثين للحصول على معلومات أو عينات إضافية. يعترف كوهان والآخرون بأن إنجاح المخطط يتطلب معالجة مشاكل "محو الأمية الصحية المنخفضة" ، ونقص الوصول إلى الإنترنت ، وصياغة مبادئ لما يجب إخبار المشاركين به ومتى.

تتشكل هذه الخطط وسط الكثير من الشكوك حول الطب الشخصي. يتساءل النقاد بشكل محدد عما إذا كانت القراءات من جينومات الأشخاص (الإصدارات التجارية المبكرة متاحة الآن) مفيدة حقًا من الناحية الطبية. ترتبط الأمراض الشائعة بالعديد من الجينات المتفاعلة ، بل بالعديد منها ، وبمجموعة معقدة من الضوابط التي بدأت لتوها في الدراسة. الوظائف التي تحددها العديد من الجينات لا تزال غير واضحة. في السنوات الخمس الماضية ، من خلال "دراسات الارتباط على مستوى الجينوم" ، اكتشف الباحثون الذين يستخدمون رقائق الحمض النووي عدة مئات من العوامل الوراثية المرتبطة بالأمراض الشائعة - ولكن معظم هذه العوامل تضيف نسبة صغيرة فقط إلى خطر إصابة الشخص بمرض معين ، ومعظم هم مجرد جيران للمشتبه بهم الحقيقيين. يتجه الانتباه إلى فكرة أن الأشرار الحقيقيين نادرون لكن الطفرات "المخترقة" ، التي لا تزال غير مكتشفة إلى حد كبير ، والتي تتطلب "مجهرًا" أقوى مما توفره الرقائق. وبالتالي ، فإن التسلسل الكامل لجينومات العديد من المرضى الأفراد أو جزء منها ، بأسعار تقترب من أسعار التصوير المقطعي المحوسب ، يبدو أكثر جاذبية ، على الرغم من أن فهم التأثير الكامل للجينوم على الصحة يكمن في المستقبل.

على الرغم من التطبيق البطيء للعلاج المعتمد على الجينات في البيئات السريرية ، لا يزال الإيمان الراسخ بالطب الجيني يقود أبحاث التسلسل الخاصة والعامة. يبقى المجهول الرئيسي ببساطة متي ستحدث تغييرات واسعة النطاق في الرعاية الطبية. بالطبع ، كان هذا هو الحال أيضًا عندما تم اكتشاف الكائن المسؤول عن مرض السل في عام 1882 ، قبل 40 عامًا من تطوير لقاح تعويضي ، وقبل 60 عامًا من تطوير دواء تعويضي.

يبدو الدفع نحو التطبيقات الطبية صعبًا اليوم ، ليس فقط بسبب التعقيدات البيولوجية للمرض ، ولكن أيضًا بسبب هيكل وتنظيم صناعة الأدوية. المنتج الصيدلاني المفضل هو دواء "رائج" يمكن أن يستخدمه الملايين - سوق كبير بما يكفي لتحمل الاستثمارات الهائلة من الوقت والمال اللازمين لتطوير الأدوية ونقلها من خلال اختبارات معقدة للسلامة والفعالية على الحيوانات ثم البشر. الأمراض النادرة مثل DMD ليست مربحة في ظل هذا النظام.

لكن هذا الحساب قد ينقلب يومًا ما ، تشير الأبحاث في علم الجينوم بشكل متزايد إلى أن هناك تأثيرًا وراثيًا على فعالية من الأدوية المختلفة ، من تلك المستخدمة في العلاج الكيميائي للسرطان إلى مميعات الدم مثل بلافيكس. الاتجاه نحو ما يسمى "التقسيم الطبقي الجيني" ، وهو موضوع يحظى باهتمام متزايد من إدارة الغذاء والدواء الأمريكية ، يتعارض مع الأفلام الرائجة ، ويشير بدلاً من ذلك إلى سوق مجزأ بدرجة أكبر يتم فيه تصميم الأدوية وفقًا للخصائص الجينية للمجموعات الفرعية. في علاج السرطان ، على سبيل المثال ، قد ترى شركات التأمين بشكل متزايد نقطة الاختبار الجيني إذا كان نظام دوائي قيمته 50000 دولار في السنة يعمل على مجموعة فرعية فقط من السكان المرضى. بدأ مركزان رئيسيان لعلاج السرطان ، مستشفى ماساتشوستس العام وسلون كيترينج في نيويورك ، بالفعل في تنفيذ خطط لتوسيع نطاق الاختبار الجيني تدريجياً ليشمل جميع مرضى السرطان ، وقد يصبح التسلسل الجزئي أو الكامل لجينوم الشخص في نهاية المطاف المعيار الذهبي لـ رعاية المرضى.

لا يزال الأساس الجيني لمعظم الأمراض غير معروف تمامًا ، ولكن المنخل الدقيق لتسلسل الجينوم الكامل مفيد بالفعل في تشخيص ومعالجة الآفات ، مثل DMD ، التي تنطوي على تغييرات وراثية نادرة ولكنها مهمة. هذا هو السبب في أن مشروع الجينوم العالمي ينفجر بالأرقام والدولار ومواقع البحث والالتزام التجاري. يقول كونكيل ببساطة ، بالنظر إلى حياته المهنية ، "كان الوعد هناك. لم أقل أبدا أنه سيكون سهلا ".

فيكتور ك. ماكلهيني "57 ، NF" 63 ، هو مؤلف الكتاب الذي تم نشره مؤخرًا رسم خريطة الحياة: داخل مشروع الجينوم البشري (كتب أساسية).


شاهد الفيديو: الطفرات الجينية (شهر فبراير 2023).