Ген NCF1 влияет на риск развития системной красной волчанки

Медицинское сообщество стало еще на шаг ближе к понимаю истинной этиологии системной красной волчанки и некоторых других аутоиммунных заболеваний.

54
просм.
Геном
Геном

Ученые из Медицинского университета Южной Каролины сообщают о доклинических исследованиях, показывающих, что генетический код, кодируемый в цитозольном факторе нейтрофилов 1 (neutrophil cytosolic factor 1, NCF1), связан с повышенным риском развития аутоиммунных заболеваний, включая системную красную волчанку (СКВ), ревматоидный артрит и синдромом Шегрена.

Результаты были опубликованы в январском выпуске 2017 года журнала Nature Genetics

Данные показывают, что увеличение NCF1 защищает от системной красной волчанки, а снижение его, наоборот, провоцирует развитие СКВ и подчеркивает патогенную роль уменьшенных форм реактивного кислорода при развитии аутоиммунных заболеваний.

Однонуклеотидные полиморфизмы (single-nucleotide polymorphisms, SNPs) являются наиболее распространенным типом генетической изменчивости человека. Каждый из них представляет собой небольшую разницу в нуклеотиде — строительном блоке нашей ДНК. Одним из важнейших инструментов для исследования ассоциации генетических компонентов того или иного заболевания является Иммуночип. Ученые используют Иммуночип для изучения образцов ДНК у людей с определенным заболеванием для измерения сигналов неравновесного сцепления (linkage disequilibrium, LD), которые указывают на ассоциации между конкретными однонуклеотидными полиморфизмами и патологией.

Известно, что аутоиммунные заболевания, такие как системная красная волчанка, обладают сильным генетическим компонентом. До настоящего времени десятки СКВ-связанных SNPs были идентифицированы и включены в Иммуночип. Самое слабое место этого метода — это, конечно, то, что Иммуночип не может идентифицировать ассоциации с неизвестными ему SNPs.

Когда исследователи Медицинского университета Южной Каролины генотипировали образцы ДНК у китайских, евроамериканских и афроамериканских пациентов с СКВ, они обнаружили сильный сигнал в китайском образце в локусе rs73366469 в межгенной области GTF2IRD1-GTF2I в 7q11.23 (локус — это местоположение определенного гена на генетической или цитологической карте хромосомы). Этот факт вызвал у ученых недоумение, поскольку rs73366469 не соответствовал локусам СКВ, идентифицированными другими исследованиями по изучению геномных связей. Более того, очень сильный сигнал в китайском образце проявился как весьма скромный в евроамериканской выборке и вообще не обнаружился в афроамериканской популяции.

Истинный ген риска развития того или иного заболевания должен быть идентичен во всех популяциях. Мы хотели узнать, верно ли то, что мы видим, и раскрывает ли это в полной мере причину системной красной волчанки.

Betty Pei-tie Tsao, доктор философии

Команда подтвердила результаты этого исследования в обособленном азиатском образце с помощью другой платформы генотипирования, предоставленной Nan Shen, профессором медицины и директором Шанхайского института ревматологии в Школе медицины Университета Шанхая Цзяотун. Но из-за того, что rs73366469 не показывал неравновесного сцепления с любыми однонуклеотидными полиморфизмами в Иммуночипе, исследователи предположили, что SNP, содержащий истинный основной фактор риска развития СКВ, не был включен в Иммуночип.

Провести дополнительные исследование нас побудил обнаруженный в азиатской выборке очень сильный сигнал в локусе rs73366469. Мы начали искать этот сигнал у других групп населения.

Каждая этническая выборка имеет различный генетический фон и различные формы LD. Мы использовали силу сигнала неравновесного сцепления как способ найти истинную причину — тот самый конкретный фактор, многократно повышающий риск развития волчанки.

Betty Pei-tie Tsao, доктор философии

Поскольку SNP, который они искали, скорее всего не был включен в Иммуночип, команда обратилась к набору данных 1000 Genomes Project, где они обнаружили два однонуклеотидных полиморфизма, которые мало того что не были включены в Иммуночип, но также производили более сильные сигналы неравновесного сцепления в rs73366469 на азиатской выборке, по сравнению с европейскими или африканскими образцами. Один из этих двух локусов, а конкретно rs117026326, расположенный на интроне 9 гена GTF2I, показал более сильную ассоциацию с системной красной волчанкой, нежели rs73366469 или любой другой локус из 1000 Genomes Project.

После того, как ученые сосредоточились на изучении rs117026326, они обнаружили, что поблизости находится ген NCF1. Это важно, т.к. NCF1 предположительно связан с СКВ из-за его роли в активации фагоцитарного комплекса NOX2.

Доклинические исследования показали, что нефункциональный NOX2 усугубляет волчанку у подопытных мышей. Кроме того, NCF2, который кодирует другую субъединицу NOX2, оказался связан с риском развития СКВ у евроамериканцев.

Сильная ассоциация rs117026326 с системной красной волчанкой и функциональными расстройствами близлежащих NCF1 привела команду ученых к следующей гипотезе: однонуклеотидный полиморфизм из локуса rs117026326 может указать на отсутствующие в базе данных 1000 Genomes Project варианты NCF1.

Это очень сложный геномный регион. Ген NCF1 имеет два близких друг к другу и на 98% идентичных псевдогена — NCF1B и NCF1C. В связи с тем, что псевдогены — это нефункциональные аналоги структурных генов, утратившие способность кодировать белок и не экспрессирующиеся в клетке, это очень затрудняет работу в этой области человеческого генома. Вот почему метод секвенирования следующего поколения, который был реализован в 1000 Genomes Project, нельзя применить к rs117026326.

Betty Pei-tie Tsao, доктор философии

Исследователи полагали, что методы картирования (установления порядка расположения генов и относительного расстояния между ними в группе сцепления), обычно используемые крупными проектами, хотя и эффективны, но ограничены в способности находить уникальные последовательности среди всех копий и дублей в заданном локусе. Таким образом, они решили создать свой собственный, новый анализ ПЦР.

Используя эту стратегию, команда определила 67 однонуклеотидных полиморфизмов, четыре из которых имели сильную ассоциацию с rs117026326. Проведя длинную серию множественных тестов в образцах из разных этнических популяций, ученые постепенно устранили три из четырех SNPs и определили, что один из них, названный p.Arg90His, предположительно является генетическим вариантом, вызывающим системную красную волчанку среди всех популяций.

Кроме того, p.Arg90His был связан с повышенным риском возникновения других аутоиммунных заболеваний, включая ревматоидный артрит и синдром Шегрена.

Мы не можем легко секвенировать этот регион, используя технологии следующего поколения. Таким образом, мы должны были сделать это, скажем так, по-старинке, что вышло весьма и весьма трудоемко. Чтобы правильно генотипировать локус, выборочно амплифировать копии NCF1 и провести вариативные тесты, мы использовали ПЦР. Этот подход позволил нам выявить истинный ген NCF1.

Betty Pei-tie Tsao, доктор философии

Команда также обнаружила, что наличие только одной копии NCF1 связано с более высоким риском развития СКВ, а наличие трех или более копий NCF1 было связано с уменьшением риска возникновения волчанки. Наконец, в то время как основной механизм патологии неясен, команда обнаружила, что снижение NOX2-реактивных видов кислорода также повышает риск проявления этих аутоиммунных заболеваний.

Betty Pei-tie Tsao отмечает, что именно упорство являлось важнейшим компонентом проведенной работы. Это исследование было начато несколько лет назад, когда ученые работали в Калифорнийском университете Лос-Анджелеса и было завершено после их переезда в Медицинский университет Южной Каролины.

Ведущий автор исследования Jian Zhao посвятил этому проекту несколько лет своей жизни. В то время, когда мы начали эту работу, мы не знали, насколько сложной она окажется. Мы гордимся тем, что прошли через все это и довели проект до конца.

Betty Pei-tie Tsao, доктор философии

Эта работа также указывает на важные недостатки в области генетического картирования.

Нам нужна более эффективная платформа для скрининга сложных локусов. Аутоиммунные патологии отличаются определенными факторами риска их возникновения. Одновременно с этим, они имеют уникальные генетические варианты, которые приводят к молекулярному патогенезу заболевания. Каждый раз с появлением новой предполагаемой причины возникновения того или иного аутоиммунного расстройства, мы можете больше узнать о первопричинах конкретно взятой болезни, а также других заболеваний, связанных с гиперактивностью иммунной системы.

Betty Pei-tie Tsao, доктор философии