Остеопороза: Новите инструменти помагат да се определят потенциалните рискови гени
Комбинацията от мощни инструменти е помогнала на учените да идентифицират два нови гена, които биха могли да допринесат за остеопорозата чрез ефекта им върху плътността на костите. Откритието може да доведе до по-добро лечение на болестта, отслабваща костите.
Изследването, проведено от изследователи от Детската болница във Филаделфия (CHOP) в Пенсилвания, подчертава значението на разбирането на 3D географията на генома при намирането на гени, причиняващи заболявания.
Екипът посочва, че идентифицирането на ДНК варианти или различия зад болестите не е задължително достатъчно, за да се намерят гените, които причиняват болестта. Вариантите, например, могат да предизвикат гени в други части на генома.
В статия, която сега присъства в списанието Nature Communications, изследователите описват как са изследвали 3D географията на ДНК в костообразуващи клетки, за да локализират гени, които могат да повлияят на костната минерална плътност.
Те предполагат, че техните методи биха могли да помогнат и за изследване на други генетични състояния, включително детски заболявания.
„Географията на генома не е линейна“, казва д-р Струан Ф. А. Грант, който е директор на Центъра за пространствена и функционална геномика към CHOP.
„Тъй като ДНК е сгъната в хромозоми“, обяснява той, „части от генома могат да влязат във физически контакт, позволявайки ключови биологични взаимодействия, които оказват влияние върху начина на експресия на гена. Ето защо ние изучаваме триизмерната структура на генома. "
Остеопороза и геном
Остеопорозата е заболяване, което прогресивно отслабва костите и увеличава риска от фрактури, особено в китката, гръбначния стълб и тазобедрената става.
Костната тъкан е жива и непрекъснато добавя нова кост и премахва старата кост. В детството процесът благоприятства образуването на нова тъкан, позволявайки на костите да растат и да стават по-здрави.
С напредването на възрастта обаче костната формация достига връх и след това изостава все повече и повече след отстраняването на костите, в резултат на което костите стават все по-плътни и по-слаби.
Националният институт по здравеопазване (NIH) изчислява, че в Съединените щати има над 53 милиона души, които вече имат остеопороза или са изложени на висок риск от развитие поради ниска костна минерална плътност.
Учените разкриха човешкия геном преди повече от 10 години. Оттогава много проучвания за асоцииране в целия геном (GWAS) са идентифицирали варианти или градивни последователности в ДНК, които са по-чести при хора със специфични заболявания.
В своята статия д-р Грант и колегите му заявяват, че остеопорозата има „основен генетичен компонент“.
Обаче те продължават да обясняват, че докато GWAS са открили ДНК варианти, които са „стабилно свързани с костната минерална плътност“, това не е същото като намирането на гени, които всъщност контролират процеса на костно образуване.
3D „картографиране на вариант към ген“
И така, целта на тяхното проучване беше да се използват извлечени от GWAS местоположения на варианти на костна минерална плътност при упражнение с 3D разделителна способност „вариране към ген“ с висока разделителна способност в човешки остеобласти, които са клетки, които правят нова кост.
Това упражнение включваше анализ на 3D географията на плътно сгънатата и опакована ДНК в хромозомите. Използвайки специална техника на „пространствена геномика“, екипът успя да картографира „взаимодействията в целия геном“ между вариантите на костна минерална плътност, получени от GWAS, и останалата част от генома.
Правейки това, те наблюдават „постоянни контакти“ с потенциални причинно-следствени гени от около 17% от 273-те места, получени от GWAS, с костна минерална плътност, които те изследват.
Това доведе до идентифициране на два нови гена с потенциална „причинителна роля“ при остеопороза: ING3 и EPDR1. Екипът потвърди силната роля на гените, като демонстрира, че заглушаването им спира остеобластите да образуват нова кост.
Изследователите отбелязват, че в допълнение към тях може да има и повече „причинители на гени“. Те също така посочват, че вариантът, който води до ING3 се отнася силно до плътността на костта в китката, която е най-честото „място на фрактура при деца“.
Те предлагат по-нататъшни проучвания на биологичните пътища, включващи ING3 може да доведе до нови лечения за укрепване на костите и предотвратяване на фрактури.
Той и неговият екип вече работят с други групи в CHOP и в други институции, за да създадат вариантни на гена „атласи“ за други видове клетки. Те трябва да се окажат ценни за разработването на нови лечения за много заболявания, включително „детски рак, диабет и лупус“, казва д-р Грант.
„Идентифицирахме два нови гена, които засягат костообразуващите клетки, свързани с фрактурите и остеопорозата. Освен това използваните от нас изследователски методи могат да бъдат приложени по-широко за други заболявания с генетичен компонент. "
Струан Ф. А. Грант д-р.
