версія для друку
13.08.2010 Виявлення генів основних хвороб серця виявилось складним завданням

Поки що широкомасштабні дослідження геному не знайшли важливих генів, які мають великий вплив на здоров'я серця. Дослідники сподіваються, що гени з незначним впливом, які вже ідентифіковані, допоможуть визначити шляхи та мішені для ліків.

Ажіотаж почався 5 років тому, коли дослідження 146 добровольців білої європеоїдної раси виявило спільний варіант гена серед осіб з макулярною дистрофією - хворобою очей. Дослідники використали нову стратегію: вони просканували обширні частини геномів хворих і здорових людей, і знайшли єдину нуклеотидну пару ДНК, чия присутність була набагато більш ймовірною у осіб з хворими очима.

Відкриття було чудовим: відносно невелика кількість людей взяла участь в дослідженні, проте ті особи, які мали дві копії підозрілого варіанту гена мали в 10 раз вищий ризик розвинення макулярної дистрофії, величезне зростання. Крім того у метода під назвою "широкомасштабна геномна асоціація" (GWA), що використала група, були деякі великі переваги: він був об'єктивним, перевіряючи відразу тисячі асоціацій між генами і хворобами, а не тільки деякі вибрані дослідником. І він вказував на спільні варіанти, які були виявлені щонайменше у 5% людей під дослідженням. GWA дослідження надавали надію виявлення осіб з високим ризиком захворювання, виявлення нових механізмів захворювання і пошуку нових мішеней для терапії.

Майже відразу ж, дослідники застосовували GWA до інших захворювань. Але вони швидко зайшли в глухий кут. "Люди робили дослідження з 300 або 500 особами, і нічого не знаходили, потім робили 1000 і нічого не знаходили", говорить Діпак Шрівастава, який керує Інститутом серцево-судинних захворювань Гладстона в університеті Каліфорнії, Сан-Франциско. Дуже швидко стало ясно, що макулярна дистрофія є винятком. Для більшості GWA досліджень необхідні 10000 або більше добровольців, щоб отримати статистично значимий результат, тому що вплив кожного гену був настільки малим.

С того часу, як геном людини було секвеновано 10 років тому, технології розвивались зі швидкістю блискавки і багато хто тепер вважає, що методи GWA, які досліджують частину геному, застарівають. Секвенування коштує все менше і менше і протягом наступних декількох років секвенування повних геномів сотень осіб стане фінансово можливим.

Чому навчив нас досвід з GWA? Результати однієї групи GWA досліджень, хвороб серця, характерні перемінним успіхом і невизначеними наслідками. Метод виявив десятки варіантів, але всі вони мають слабкий ефект, до цих пір майже ні один не виявив зміни ДНК, які насправді викликають захворювання. Дослідники мали більший успіх в пошуку варіантів, які пов’язані з чітко визначеними хворобами, такими як високий рівень холестерину, ніж, наприклад, з серцевою недостатністю, хворобою яка включає різні розлади.

"Врешті-решт, у нас є купа локусов і генів, але ні один з них" не підвищує суттєво ризик розвитку серцевих захворювань, говорить Ерік Топол, кардіолог, директор Інституту трансляційних наук Скріппса в Сан-Дієго, Каліфорнія. І вони ще не змінили наше розуміння того, як серце відказує. Топол каже, що знадобиться час, щоб розвити ці знання.

У GWA досліджень, як і раніше, є багато прихильників. "У нас є нова технологія, що дозволила нам поглянути на речі, які ми ніколи не бачили", каже Брюс Псеті, епідеміолог серцево-судинних захворювань зі Школи медицини Вашингтонського університету в Сіетлі. І Френсіс Коллінз, директор Національних інститутів здоров'я (NIH), казав, що ці дослідження дозволили відкрити "1000 мішеней для нових лікарських препаратів" (Science, 28 травня, стор 1090).

Недостає підказок

Перші результати GWA пов’язані з хворобами серця з’явились у 2007 році. Три дослідження вивчали ішемічні хвороби серця, при яких наліт формується в артеріях і звужує їх. Разом з подальшими дослідженнями вони визначили 12 нових змін генетичного матеріалу, однонуклеотидних поліморфізмів (SNP). Цікаво, що лише 4 здавалося мали зв'язок з відомими ризиками, що призводять до серцевих хвороб, такими як високий рівень холестерину. "Нам зовсім не відомо, чому ці SNP пов'язані з ішемічною хворобою серця", говорить Жанетт Ердман, генетик людини з Університету Любека в Німеччині, що брала участь в одному з досліджень.

Однією з переваг GWA було те, що на відміну від набагато більш ранніх робіт з розповсюдженими хворобами, вчені могли легко повторити знахідки, що вказувало на реальність результатів . Але також були й розчарування. У дослідженнях макулярної дегенерації, дві копії конкретного SNP підвищували ризик захворювання на 1000%. Але в GWA дослідженнях серця наявність двох варіантів підвищувало ризик захворювання у людей похилого віку в кращому випадку на 60%. Це логічно, тому що зміни генетичного матеріалу, які різко підвищують ризик захворювання, не можуть бути розповсюдженими, оскільки вони були б видалені з генофонду в ході еволюції.

Але результати здаються передбачуваними почасти тому, що ми розглядаємо їх у ретроспективі. "Ми і поняття не мали" перед початком цієї роботи наскільки вагомими будуть ДНК дані для розповсюджених хвороб, каже Псеті. "Наші очікування щодо розмірів впливу були більш оптимістичними ніж вони повинні були бути". На сьогоднішній день для більшості хронічних захворювань результати отримані від GWA прогнозують ризик не краще ніж сімейна історія. Крім того, вони представляють дуже невелику частину успадковуваності хвороб. В ішемічних хворобах серця ці визначені 12 змін генетичного матеріалу представляють собою "навіть менше ніж 10%" від загальної успадковуваності цієї хвороби, говорить Нілеш Самані, кардіолог з Університету Лестера в Сполученому Королівстві, який очолював одне з досліджень.

Розуміння біології

Хоча дані GWA не дуже корисні для розрахунку ризику, прихильники GWA досліджень тримаються за іншу надію, що вони можуть з'ясувати біологію хвороби. Великою проблемою тут є відсутність точності. Новий SNP "не визначає причину, він визначає поштовий індекс", говорить Джеральд Дорн, лікар-кардіолог і директор Центру з фармакогеноміки з Медичної школи Університету Вашингтона в Сент-Луїсі. Це тому, що SNP визначені в цих дослідженнях, самі не є причинами хвороб – вірніше кажучи, вони подорожують разом з генами або іншими змінами генетичного матеріалу які їх спричиняють.

Щоб знайти ці гени, біологи повинні накинутися на результати GWA і використовувати їх для відстеження хвороботворних варіантів. "Молекулярні біологи не в захваті" від цього, каже Андре Уітерлінден, молекулярний генетик з Медичного центру Університету Еразмус в Голландії. Це не легко. Іноді SNP знаходиться в "пустелі", каже Уітерлінден, без будь-яких генів поруч, а потім, "ви потрапляєте в відрізок де дуже багато генів", і важко зрозуміти, куди податися.

Не злякавшись, деякі групи шукають GWA варіанти. В ішемічних хворобах серця викликає інтерес область, яка називається 9p21. Вона одна з найбільш тісно пов'язаних з ризиком хвороб серця і має зв’язки з аневризмами живота і головного мозку. У березні цього року група вчених повідомила в журналі Nature, що коли вони вимкнули область 9p21, у мишей широко поширились артеріальні гладком'язові клітини, симптом пов'язаний з атеросклерозом. ДНК, яка стоїть за цим ефектом ще не визначена, говорить Рут Макферсон з Інституту серця Університету Оттави, вона одна з науковців, що виявили 9p21, але вона сподівається, що цей варіант призведе до "нового біологічного розуміння" ішемічних хвороб.

Хоча GWA дослідження при атеросклерозі та серцевій недостатності дали відносно невелике число попадань, і ні одного, яке би сильно підвищував ризик, генетикам пощастило більше з певними вузько-визначеними фізичними характеристиками. "У нас було 23 попадання по характеристикам еритроцитів", наприклад, кількість червоних кров'яних тілець, і "тільки один результат по інсульту", говорить Псеті. По рівню холестерину отримано близько 80 влучень. Ці результати "ближче до біології геному", говорить Уітерлінден. Це дуже відрізняється від таких станів, як зупинка серця або інсульт, які він описує як "сміттєве відро всіх ваших поганих" рис. Є багато доріг, які ведуть до зупинки серця, але не так багато до кількості еритроцитів.

Псеті і Уітерлінден є членами Консорціуму когорти досліджень геноміки і епідеміології серця і старіння (CHARGE) Північної Америки і Європи. Консорціум поєднує в собі декілька масових когортних досліджень, у тому числі Дослідження серця Фреймінгхем та Роттердамські дослідження, щоб виконувати дослідження GWA хвороб серця, старіння та пов'язаних з ними захворювань. Різні групи, в тому числі CHARGE, проводили мета-аналізи існуючих досліджень GWA. Дослідники кажуть, що в одній статті, яка невдовзі буде подана до друку, буде подвійна кількість варіантів пов’язаних з ішемічними хворобами серця. Кожний з нових районів генів, пов’язаних з цими змінами генетичного матеріалу, буде ще менш важливим чинником у серцевих захворюваннях, ніж існуючі.

Проте дослідники сподіваються, що ці гени з низьким ефектом дозволять їм зосередитись на нових молекулярних шляхах і, врешті-решт, дати їм можливість зробити те, чого GWA дослідження поки що не зробили - можливість виявити персональний ризик розвинення хвороби. "Можна було б мати SNP чіп з 100 поширеними змінами генетичного матеріалу, які дадуть інформацію" про ризик серцево-судинних захворювань, говорить Макферсон. Але в новій, обережній мові про GWA дослідження додає, що вона "не хоче бути занадто оптимістичною,хоча це і можливо".

Оптимізм є більш очевидним, навколомішеней для ліків. Багато хто відзначає, що впливваріанту гена на ризик не обов'язково відповідає тому, як його лікування змінить хворобу. "Головне, що було досягнуто [дослідженнями GWA] це було виявлено цілий скарб кандидатів", говорить Чарльз Ленглі, генетик населення з Університету Каліфорнії в Девісі. "Відстань цього шляху трохи пригнічує людей, які знаходяться на лінії фронту", наприклад, тих, хто лікує пацієнтів", але це величезне благо для дослідників".

Альтернативні підходи

Однак незадоволеність роботою GWA продовжує повільно тліти. Деякі перестрілки вже спалахнули між генетиками. У квітні, відомий генетик Мері-Клер Кінг зі Школи медицини Вашингтонського університету в Сіетлі написала есе для журналу Cell суворо критикуючи GWA дослідження. Вона та її колега з Вашингтонського університету Джон Макклеллан вважають, що GWA дослідження не змогли пояснити успадковуваності більшості поширених захворювань. Статтю Кінг стрімко атакували на різних блогах генетики, які захищали GWA і аргументували, що GWA призвели до революції в нашому розумінні хвороб (http://bit.ly/GWAS-Heart).

За критикою Кінг та інших лежить ідея, що дорогоцінний час і гроші було б краще витрачати на пошук рідкісних варіантів з потенційно більш сильними ефектами. "GWA [дослідження] ведуть галузь генетики вже протягом 5 років", і ті дослідники "отримували всі гроші", говорить Дорн, який сам робив деякі такі дослідження.

В даний час маятник вже хитнувся в інший бік. NIH вливає гроші в виявлення послідовності екзому, де секвенуються всі частини геному, які кодують послідовності білків, і дозволить дослідникам закопатися ще глибше в генетичні варіації.

Це трохи нелогічно сваритися через рідкісні варіанти чи звичайні, вважають багато дослідників, тому що обидва є дуже важливими. Боротьба може затихнути в найближчі роки, коли секвенування повних геномів стає фінансово можливим – це стане стратегією до якої кожен зможе звернутися, говорить Дорн. І GWA дослідження можуть допомогти в майбутньому завдяки великим базам даних населення, які вони створили, відзначає Срівастава.

Тим не менш, ми ще далеко від нашої цілі, вважає він. "Чи можемо ми знайти мішені, які розкажуть нас про механізми захворювання?" Поки що ні. "Озираючись назад", вважає Срівастава, GWA"не були варті витрат, але це важко було передбачити".

Автор:  Дженніфер Кузін-Френкел
Адреса джерела:  http://www.sciencemag.org/cgi/content/full/328/5983/1220
Джерело:  Science
Показів: 843