אסטרטגיה לזהות מוטציות דה נובו בהפרעות נפוצות כגון אוטיזם וסכיזופרניה
Summary
אסטרטגיה גנטית מולקולרית למציאת דה נובו מוטציות גרימת הפרעות שכיחות כמו אוטיזם וסכיזופרניה.
Abstract
ישנם מספר קווים של ראיות התומכות את התפקיד של מוטציות דה נובו כמנגנון בהפרעות נפוצות, כגון אוטיזם וסכיזופרניה. ראשית, דה נובו שיעור המוטציות בבני אדם גבוה יחסית, כך נוצרות מוטציות חדשות בתדירות גבוהה באוכלוסייה. עם זאת, מוטציות דה נובו לא דווחו המחלות הנפוצות ביותר. מוטציות בגנים מובילים למחלות קשות בהם יש סלקציה שלילית חזקה נגד פנוטיפ, כגון הקטלניות בשלבים עובריים או כושר הרבייה מופחת, לא יועבר לבני משפחה רבים, ולכן לא יזוהו על ידי מיפוי גנטי הצמדה או התאגדות מחקרים. תצפית של הקונקורדנציה גבוה מאוד תאומים מונוזיגוטיים ו הקונקורדנציה נמוך מאוד תאומים dizygotic גם מאוד תומך בהשערה כי חלק ניכר מהמקרים עשויים לנבוע מוטציות חדשות. כזה הוא המקרה של מחלות כמו אוטיזם וסכיזופרניה. שנית, למרות כושר הרבייה מופחת 1 וגורמים סביבתיים משתנה מאוד, השכיחות של מחלות מסוימות נשמר ברחבי העולם בשיעור גבוה יחסית קבוע. זהו המקרה של אוטיזם וסכיזופרניה, עם שכיחות של כ -1% ברחבי העולם. עומס מוטציוני יכול להיחשב איזון בין מבחר בעד או נגד מוטציה מזיקה הייצור שלה על ידי מוטציה דה נובו. שיעור נמוך יותר של רבייה מהווה גורם סלקציה שלילית שיש לצמצם את מספר אללים מוטנטים באוכלוסיה, ובסופו של דבר מובילים שכיחות המחלה פחתה. אלה לחצים בררניים נוטים להיות בעוצמה שונה בסביבות שונות. עם זאת, הפרעות נפשיות חמורות אלה נשמרו על שכיחות גבוהה יחסית קבוע באוכלוסיה ברחבי העולם במגוון רחב של תרבויות ומדינות למרות בחירה שלילית חזקה נגדם 2. זה לא מה שניתן היה לחזות במחלות עם כושר הרבייה מופחת, אלא אם כן יש שיעור גבוה מוטציה חדשה. לבסוף, את ההשפעות של גיל אבהי: קיים סיכון מוגבר משמעותית של המחלה עם הגיל אבהי הגדלת, אשר יכול לנבוע להגדיל את גיל הקשורים מוטציות דה נובו אבהי. זהו המקרה של אוטיזם וסכיזופרניה 3. יחס הזכר אל הנקבה של שיעור המוטציות מוערך בכ 4-6:1, ככל הנראה עקב מספר גבוה יותר של תא הנבט חטיבות עם הגיל אצל גברים. לכן, אפשר היה לחזות כי מוטציות דה נובו יבואו בתדירות גבוהה יותר מן הזכרים, במיוחד גברים מבוגרים 4. שיעור גבוה של מוטציות חדשות עשוי בחלקו להסביר מדוע מחקרים גנטיים נכשלו עד כה לזיהוי גנים רבים predisposing אל מתחמי גנים למחלות, כמו אוטיזם וסכיזופרניה, ומדוע מחלות זוהו על 3% בלבד של גנים בגנום האנושי . זיהוי עבור דה נובו מוטציות כגורם למחלה מחייבת גישה מולקולרית ממוקד, הכולל הורים לימוד מקצועות המושפעים. תהליך לקביעת אם הבסיס הגנטי של המחלה עלולה לגרום לחלק מן המוטציות דה נובו ועל הגישה המולקולרית להקים קישור זה יהיה מאויר, באמצעות אוטיזם וסכיזופרניה כדוגמאות.
Protocol
Discussion
ההליך המתואר כאן שואפת לזהות מחלות נפוצות ספציפיות התוצאה הסבירה, בין השאר, מן מוטציות דה נובו, וכדי להוכיח את ההשערה הזאת. דה נובו מוטציות הן מנגנון מבוססת היטב על פיתוח של מספר מחלות, למשל תסמונות סרטן תורשתיות, אך נחקר גרוע מחלות נפוצות. זה בתוצאות חלק מן האתגרים הטכניים הכרוכים לזיהוי מוטציות דה נובו, אשר מחייב את רצף של כמויות גדולות של DNA, אשר רק לאחרונה להיות חסכוני עם כניסתו של רצף הדור הבא. בנוסף, דה נובו שיעור המוטציות בבני אדם היה, עד לאחרונה, אומדן בלבד. רק לאחרונה יש שם דיווחים ישירות בקביעת שיעור המוטציות בבני אדם. לפני מדידות אלה, קשה היה לחזות את גודל המדגם הנדרש לסוג זה של המחקר כדי לקבוע אם נצפה דה נובו שיעור המוטציות גדול משיעור הבסיס. סידור גנים מועמדים לעומת הגנום כולו? מאחר שרוב המוטציות במחלה דיווחו הם missense / שטויות מוטציות הן באתר אחוי מוטציות (על פי אתר האינטרנט HGMD) אסטרטגיה ההקרנה שלנו היה לזהות מעל 68% של מוטציות ידועות. יש גם קשר ברור בין חומרת החלפת חומצת אמינו ואת הסבירות של פנוטיפ קליני. לעומת החלפת חומצת אמינו שמרני, שינוי שטויות 9.0 פעמים סביר יותר להציג קלינית 7. לפיכך, בשלב זה גנים מועמדים רצף היא האסטרטגיה העלות האפקטיבית ביותר.
ההצלחה של ההליך המתואר תלוי כמה שלבים קריטיים, אשר מתוארים בפירוט ואייר באמצעות שתי דוגמאות, אוטיזם וסכיזופרניה. ישנם מכשולים רבים אשר צריך להימנע, כגון מחלה שבה בחר, אשר מטופלים למקור המסך של ה-DNA, ופירוט כיצד ביעילות לזהות את המוטציות דה נובו. אנו מספקים שיטה יעילה ביותר בקביעת חלק מן המקרים של כל מחלה הנובעת מוטציות ספונטניות כאלה.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
אנו הודות מקורות המימון שלנו הגנום קנדה הגנום קוויבק, אוניברסיטת מונטריאול, כמו גם במימון הקרן הקנדית חדשנות למימון "סינפסה על מחלות" הפרויקט שלנו (S2D).
References
- Bassett, A. S., Bury, A., Hodgkinson, K. A., Honer, W. G. Reproductive fitness in familial schizophrenia. Schizophr Res. 21, 151-160 (1996).
- Jablensky, A. Schizophrenia: manifestations, incidence and course in different cultures. A World Health Organization ten-country study. Psychol Med Monogr. , 1-97 (1992).
- Malaspina, D. Schizophrenia risk and paternal age: a potential role for de novo mutations in schizophrenia vulnerability genes. CNS Spectr. 7, 26-29 (2002).
- DeLisi, L. E. A genome-wide scan for linkage to chromosomal regions in 382 sibling pairs with schizophrenia or schizoaffective disorder. Am J Psychiatry. 159, 803-812 (2002).
- Gauthier, J. De Novo SHANK3 Mutations in Patients Ascertained for Schizophrenia. Proc Natl Acad Sci U S A. , (2010).
- Piton, A. Mutations in the calcium-related gene IL1RAPL1 are associated with autism. Hum Mol Genet. 17, 3965-3974 (2008).
- Krawczak, M., Ball, E. V., Cooper, D. N. Neighboring-nucleotide effects on the rates of germ-line single-base-pair substitution in human genes. Am J Hum Genet. 63, 474-488 (1998).
