Доктор медицины Бейлорского колледжа. Джеймс Лупски подошел к концу личного поиска в начале этого года, когда Центр секвенирования генома человека Бейлора секвенировал его полный геном и идентифицировал ген, участвующий в его собственной форме синдрома Шарко-Мари-Тута, который влияет на функцию нервов в организме. конечности, руки и ноги. В то же время открытие открыло новую дверь, показывающую, что информация о геноме имеет клиническое значение.
"Мы впервые пытаемся таким образом идентифицировать ген заболевания," сказал Лупски, заместитель председателя кафедры молекулярной генетики и генетики человека в BCM. "Это демонстрирует, что технология достаточно надежна, чтобы мы могли находить гены болезней, определяя всю последовательность генома. Мы можем начать использовать эту технологию для интерпретации клинической информации в контексте последовательности карт, которые вам были розданы. Разве это не цель или мечта персонализированной геномной медицины??"
В отчете, опубликованном сегодня в Медицинском журнале Новой Англии, Лупски, доктор. Ричард Гиббс, директор Центра секвенирования генома человека, и другие эксперты описывают процесс полного геномного исследования, которое привело к обнаружению различных мутаций в копиях гена SH3TC2, который Лупски унаследовал от своих родителей. Хотя ни один из родителей не страдает заболеванием, поражающим периферические нервы, четверо их детей унаследовали обе мутации и перенесли болезнь.
"У меня болезнь и у меня два мутантных гена," сказал Лупски. "Я знаю, что у меня генетически-рецессивное заболевание, и знаю это уже 40 лет."
Теперь он знает, что виноват ген. Продолжая исследование, он и его коллеги также обнаружили, что человек, который несет только одну из рецессивных мутаций, подвержен синдрому запястного канала. Это заболевание обычно поражает людей, которые повторяют движения, которые сжимают срединный нерв в месте пересечения его с запястьем.
"Интересно, как часто это происходит," он сказал. "Люди, несущие один ген рецессивного заболевания, могут иметь предрасположенность к сложным признакам. Сможем ли мы посмотреть на некоторые аллели (копии генов), подобные этому, чтобы увидеть, к чему вы можете быть восприимчивы??"
На сегодняшний день завершено менее 10 персональных геномов – большинство из них – интеллектуальное упражнение. 31 мая 2007 года Гиббс и представители тогдашней 454 Life Sciences Inc., представил Нобелевского лауреата д-ра. Джеймс Уотсон, один из первооткрывателей двойной спирали ДНК и разработчик проекта “Геном человека”, его полный геном на церемониях в BCM.
По словам Лупски, передача информации в геноме – очень большая работа.
"При оценке личных геномов, таких как геномы Уотсона и других, поражаешься неспособности интерпретировать многое из того, что мы видим. В настоящее время нам известны только функции от 5 до 10 процентов из примерно 25 000 генов в нашем геноме, необходимых для создания человека. Я думаю, что, по крайней мере, в этой статье (в Медицинском журнале Новой Англии) говорится, что данные достаточно надежны, чтобы мы могли начать использовать их для интерпретации клинической информации в контексте последовательности генома," Лупски сказал.
При поиске конкретной мутации, вызывающей заболевание в гене, необходимо понимать как последовательность конкретных генов, так и различные изменения в них – переключение нуклеотидов, удаленный или дублированный генетический материал, – которые могут вызвать заболевание и повлиять на степень, в которой человек это переживает. Тогда мутации в разных генах могут вызывать похожие генетические заболевания.
Лупски и его команда определили первую дупликацию на хромосоме, которая привела к болезни Шарко-Мари-Тута, и опубликовали эти данные в 1991 году. С того времени было показано, что мутации или изменения в 40 генах вызывают такие заболевания, как Шарко-Мари-Туф. Никто не объяснил расстройство, которым страдает сам Лупски и некоторые из его братьев и сестер.
После того, как геном Уотсона был секвенирован, Гиббс предложил секвенировать весь геном Лупски. Это позволило бы первопроходцу-генетику найти ответ, которого он искал с тех пор, как решил стать врачом-исследователем в раннем возрасте. Они использовали подход дробовика всего генома. При таком подходе ученые разбивают геном человека на разные небольшие фрагменты, которые затем клонируют. Затем они изолируют и секвенируют клоны, используя компьютерный алгоритм для повторной сборки генома в его правильную форму.
В этом случае Гиббс и его коллеги секвенировали весь геном Лупски и идентифицировали все функциональные варианты в генах, которые, вероятно, были связаны с геном Шарко-Мари-Тута.
В одном аллеле или члене пары генов SH3TC2 эти исследователи идентифицировали "ерунда" мутации, что означает преждевременную остановку сообщения, в результате которого белок. Об этой мутации ранее сообщалось у Шарко-Мари Тут в определенных этнических группах. Они также выявили новую миссенс-мутацию во втором гене. (Миссенс-мутации – это те, в которых одна буква в генетическом коде [A-T-C-G] отличается, что приводит к образованию другой аминокислоты. Это различие может привести к тому, что белок не сможет выполнять назначенную ему задачу в клетке.)
Нонсенс-мутация была обнаружена у одного из родителей и двух братьев и сестер, у которых не было заболевания. Миссенс-мутация была обнаружена у другого родителя и одного дедушки и бабушки, ни у одного из которых не было заболевания. Только братья и сестры, унаследовавшие оба мутировавших гена, страдали расстройством Шарко-Мари-Тута 1.
Целостный подход к секвенированию дробовика отличается от других диагностических подходов. Другие тесты могут смотреть на известные вариации, но тот факт, что различные виды изменений в разных генах, которые наследуются рецессивно или доминантно, могут вызывать заболевание, усложняет диагностику.
"Клинические и генетические эксперты, борющиеся с плохо изученными генетическими заболеваниями с высокой степенью пенетрантности, должны теперь серьезно рассмотреть этот подход для освещения молекулярной этиологии этих случаев и, в конечном итоге, обеспечения лучшего ведения пациентов для семей, живущих с такими заболеваниями," авторы написали.
"Мы надеемся, что сможем использовать информацию о вас и вашем геноме для вашей заботы," сказал Лупски, который одновременно является М.D. и доктор.D. "Если у вас гипертония, можем ли мы использовать ваш геном, чтобы подобрать для вас лучшее лечение?? На это уйдет много времени. Мы не знаем, что делают 90 процентов генов в геноме."
Поскольку они ожидают, что эта информация будет полезной для врачей на практике, они включили глоссарий терминов, относящихся к секвенированию ДНК, чтобы улучшить понимание своего отчета. И Лупски, и Гиббс надеются, что это начало новой эры клинического секвенирования.
С более философской точки зрения, секвенирование всего генома дало Лупски ключ к разгадке того, что заставляет человека.
"В моем геноме 3.5 миллионов отличий от эталонного генома (секвенированные в исходном проекте генома человека)," он сказал. "У меня есть сотни тысяч отличий от всех других геномов, которые были секвенированы. Я ожидаю, что так будет и с другими. Каждый по-настоящему уникален."