Фокус на генетиці Новий погляд на різноманітність аутизму 2 Слони - Журнал
Журнал «Аутизм»
Джеффрі Ондрічу та Вейлону Куде 16 років, і вони воліють проводити час за комп’ютером. Це приблизно все спільне у них.
Вейлон серйозний і сумлінний навіть у користуванні комп’ютером: він проводить години, занурений в онлайн-ігри, а минулого літа (n.tr., 2013) пройшов стажування в IBM як розробник веб-сайтів для Linux.
У сонячну п’ятницю жовтня він схиляється над монітором комп’ютера у залі для випробувань у Вашингтонському університеті в Сіетлі, де бере участь у дослідженнях на генетичній основі аутизму. Вейлон уважно ставиться до свого тесту, який оцінює час реакції, хмурячись, коли робить помилки. Протягом усього дня він чемно відповідає на запитання, але не вступає в розмову чи коментарі. Одного разу клініцист, який перевірив свою моторику, зауважив, що Вейлон настільки ж спритний, як переставляв дрібні предмети двома руками.
Коли Джеффрі виконує завдання в тій же студії, він має право на кілька хвилин на iPad, єдине джерело насолоди та розваг. Переглядайте уривки з фільму або шукайте у списку відтворення, поки не знайдете пісню з дискотечним ритмом і весело танцюєте у своєму кріслі.
Коли у нього немає музики, під яку можна танцювати, Джеффрі гойдається вперед-назад у кріслі, ударяючи правою рукою ліве зап’ястя. Клініцист, що працює з ним, наполегливо намагається привернути його увагу, коли Джеффрі вибирає блюдце з набору іграшкових чайників і уважно його розглядає. Він кусає тарілку, потім грається з машиною туди-сюди на столі перед собою.
Не дивно, що ці хлопчики в тому ж віці та з однаковим діагнозом такі різні. Клініцисти мають вислів: "Якщо ви бачили дитину з аутизмом, ви бачили дитину з аутизмом" - важко зробити висновки щодо кількох людей.
Різноманітність стало основною перешкодою для розуміння аутизму та визначення методів лікування, які можуть допомогти більшості людей з цим діагнозом. Більшість досліджень включають учасників, які мають однаковий фенотип або спостережувані характеристики, але аутизм яких може мати абсолютно різне походження. З цієї причини дослідження часто мають суперечливі результати. "Ми знаємо, що аутизм є гетерогенним розладом, і ми не робимо особливого прогресу, коли намагаємось вивчити його як такий", - сказав Томас Фрейзер, директор Центру для дітей з аутизмом в клініці Клівленда.
Більш пильний погляд на ДНК може пролити світло.
"Що я дізнався за останні п'ять років про генетичні механізми, так це те, що існують сотні, якщо не тисячі чи більше, різних генетичних підтипів аутизму", - сказав генетик Девід Ледбеттер, головний науковий співробітник Гейзінгерської системи охорони здоров'я в Денвіллі, штат Пенсільванія.
Замість того, щоб вербувати людей з аутизмом на основі спостережуваних характеристик, деякі дослідники перетворюють безліч генетичної інформації на свою користь: вони класифікують людей з аутизмом відповідно до генетики та ретельно характеризують кожну підгрупу для створення карти аутизму. Ці дослідження, які зосереджуються на генетиці, такій як та, що стосується Вейлона та Джеффрі, можуть допомогти дослідникам зрозуміти джерело різноманітності та побудувати значущу таксономію аутизму. Зрештою, ці дослідження призведуть до терапії, яка буде спрямована на причину аутизму, а не лише на симптоми.
МІКС МУТАЦІЙ
Приблизно 20 років дослідники знають, що люди з відхиленнями в генах, залучених до генетичних розладів, близьких до аутизму, таких як синдром Ретта або синдром крихкого Х, часто мають подібні симптоми. Протягом останніх десяти років вдосконалені технології секвенування та аналізу ДНК показали, що це вірно і для людей з так званим ідіопатичним або невідомим аутизмом.
З середини 2000-х років було виявлено, що люди з аутизмом мають тенденцію до більшої кількості делецій або дуплікацій - мутацій, при яких великі послідовності ДНК, що містять кілька генів, видаляються або дублюються - і CNV - мутації, при яких кількість копії послідовності ДНК. Дослідники виявили, що особи, які мають однакову кількість копій послідовності ДНК, найчастіше мають подібні характеристики та симптоми.
Щоб дослідити ці подібності, деякі дослідницькі групи почали вивчати підгрупи людей із загальними хромосомними аномаліями. Найбільшим проектом цього типу є Simons VIP (Simons Variation in Individuals Project), який вивчає близько 200 людей з варіаціями хромосомної області, що називається 16p11.2 (n.tr., розташована на короткому плечі 16-ї хромосоми). Близько 20% учасників з видаленими видами та 10% з тих, хто дублює цей регіон, мають аутизм.
За останні два роки стало легше вивчати ДНК людей з аутизмом, аналізуючи гени, тобто послідовності, що кодують білки в їх геномі - близько 1% геному. Завдяки такому підходу було показано, що значна частина людей з аутизмом мають мутації, які не були виявлені у людей без аутизму, але також і те, що небагато людей з аутизмом мають такі самі мутації. Незважаючи на аналіз генетичного матеріалу понад 2500 людей з аутизмом, "я майже ніколи не бачив, щоб один і той самий ген впливав двічі", - говорить Еван Айхлер, професор геноміки з Вашингтонського університету і старший науковий співробітник одного з перших досліджень цей тип1,2. На даний момент розподіл аутизму на підтипи на основі змін в окремих генах здавалося колосальним завданням. Щоб зв’язати ген аутизму та описати пов’язані симптоми, команда мала виявити періодичні мутації - які трапляються у більше, ніж однієї ураженої людини, а не лише у однієї чи двох.
Рішенням було створення набагато масштабнішого дослідження. У 2011 році Ейхер почала співпрацювати з генетиками в Бельгії, Нідерландах, Швеції, Австралії та Китаї, які мали бази даних осіб з аутизмом або затримками розвитку. Вони дозволили отримати доступ до генетичного матеріалу понад 6000 дорослих та дітей з аутизмом (включаючи Вейлона та Джеффрі), 6000 людей із загальним діагнозом затримки розвитку та тисячам контрольних осіб. аутизм або затримка розвитку).
«ФЕНОТИПИЧНІ БУДІ» - фенотипові брати та сестри
З цієї вибірки потенційних учасників дослідники виявили людей з мутацією будь-якого з 200 генів, пов’язаних з аутизмом. Їх запросили до Вашингтонського університету або одного з співпрацюючих центрів, де вони проходили тестування протягом декількох днів. Їм було проведено специфічні тести для діагностики аутизму, мовні, когнітивні, рухові навички, пройшли медичне обстеження та складено ретельну історію хвороби, виміряно та проаналізовано особливості їх обличчя та голови. На основі цих результатів дослідники створюють точні профілі для кожного генетичного підтипу аутизму.
У випадку з геном CHD8 профіль швидко підкреслили.
Рафаель Берньє, керівник клінічної частини дослідження, знав, що він на правильному шляху, коли побачив двох дітей з однаковою мутацією за один тиждень. Він був вражений подібністю - великі очі, велика голова чи макроцефалія та труднощі із засинанням. Вони були настільки схожі, що могли бути братами. "Я сказав, що існує закономірність, тенденція", - нагадує Берньє.
Джеффрі Ондріч та його двоюрідний брат
Незабаром команда виявила ще 13 подібних людей у всьому світі, у яких діагностовано аутизм. Поки незрозуміло, як мутації гена CHD8 викликають симптоми, але відомо, що він бере участь у пакуванні ДНК в хромосоми і що він регулює багато інших важливих генів у процесі.
Поки що невідомо, що означає специфічна мутація CHD8 з точки зору лікування. Однак пошук молекулярного діагнозу - ідентифікація гена, відповідального за розлад - може заспокоїти багатьох батьків, вважає Берт де Фріз, генетик з університету Радбуда в Неймегені, Нідерланди. Це може допомогти їм не звинувачувати себе в стані дитини і не дивуватися, чи не викликала хвороба власна дія.
Дослідники починають пов’язувати сім’ї з дітьми з мутацією тих самих генів, щоб вчитися на досвіді інших. "Батькам полегшено бачити інших дітей з подібними розладами - це означає, що вони не самі", - говорить де Фріз. У вересні (n.tr., 2014) команда Берньє створила групу в Facebook для сімей, які постраждали від мутацій CHD8.
На початку цього року сім'я Джеффрі (n.tr., 2014) виявила, що він має мутацію гена CHD8 (мутація Вейлона в гені SETD2, і дослідники все ще намагаються з'ясувати, в чому полягають характерні риси цих людей). Джеффрі не входив до початкової групи з 15 учасників, але у нього багато спільного з цими дітьми. "Обнадійливо знати, що є й такі діти, як Джефф", - сказала його мати Сара Ондріч, ветеринарний лікар у Калгарі, Канада. "Вони мають однакову форму голови, однаковий тип макроцефалії", - каже вона. "Це як фенотипові брати та сестри".
Сім'ї з дітьми молодшими за Джеффрі мають можливість побачити, як може виглядати їхнє майбутнє, дивлячись на його траєкторію. Наприклад, їх може заспокоїти, знаючи, що, незважаючи на те, що вона не говорила до 4 років, коли їй поставили діагноз, вона в даний час говорить, використовуючи речення, переказуючи свої спогади, і нещодавно заявила, що закохана у свого вчителя спорту.
Сім'ї також можуть обмінюватися інформацією про стратегії лікування, які спрацювали чи ні. Сім'я Ондріхс стверджує, що безглютенова та безказеїнова дієта, молочний білок, полегшує проблеми травлення Джеффрі. Однак Сара пам’ятає, що спочатку скептично ставилася до результатів зміни дієти. Поділившись подібними історіями, інші батьки можуть зрозуміти, чи варто докладати цих зусиль, щоб змінити свій раціон. "Колективний досвід батьків буде корисним", - каже Сара.
ПЕРСОНАЛІЗОВАНЕ ЛІКУВАННЯ
Waylon Cude на прогулянку з родиною
Справжньою перспективою досліджень, які зосереджуються на генетиці, є не визначення лише одного підтипу аутизму, а виявлення закономірностей подібності між кількома підтипами.
"Оскільки ми проводимо все більше і більше подібних досліджень, нам потрібно подивитися, які загальні висновки є", - сказала Кетрін Лорд, директор Центру аутизму та розвитку мозку при Нью-Йоркській пресвітеріанській лікарні. Лорд не бере участі в цих дослідженнях, але зіткнувся з питанням групування дітей з аутизмом за підтипами та налаштування методів лікування. Ці закономірності можуть допомогти визначити загальні біохімічні шляхи, що викликають певні симптоми. У той же час це може вказувати на можливі методи індивідуалізації лікування.
Аналізуючи мережу з приблизно 50 генів під впливом CHD8, команда Вашингтонського університету вже почала виявляти певні закономірності. Наприклад, він зауважив, що люди, які мають мутації гена під назвою ADNP, а також ті, у кого є мутації CHD8, як правило, мають проблеми з травленням. Однак вони частіше мають інтелектуальні вади.
Люди з мутаціями гена DYRK1A, іншого гена, регульованого CHD8, також мають інтелектуальні вади, але не проблеми з травленням. Зазвичай вони мають маленьку голову - протилежність макроцефалії, яка спостерігається у тих, хто має мутації CHD8. Дослідники вважають, що гени DYRK1A та CHD8 відіграють протилежну роль у розвитку мозку, тому мутація одного гена спричиняє меншу кількість голови та мозку з меншою кількістю нейронів, а мутація іншого гена - більше нейронів та більший череп. великий.
Ця ситуація, якщо істинна, має наслідки для персоналізованої терапії, оскільки лікування, яке допоможе людям з меншою кількістю нейронів, може спричинити проблеми для людей з макроцефалією. "Я повністю впевнений, що ми не можемо лікувати всі випадки аутизму однаково", - каже Ейхлер.
Проект, очолюваний Ейхлером, є найбільшим і найбільш контрольованим дослідженням, присвяченим генетиці, але є й інші групи, які вивчають інші мутації. Наприклад, команда Еріка Морроу з Університету Брауна в місті Привіденс, Род-Айленд, досліджує ген NHE6, який бере участь у розвитку нейронів. Мутації цього гена викликають форму затримки розвитку, яка називається синдромом Крістіансона. Діти з цим синдромом зазвичай мають важкі інтелектуальні вади, не можуть говорити, і у багатьох діагностується аутизм.
Морроу та його команда розробили модель цього синдрому, виробили стовбурові клітини з тканин пацієнтів та допомогли створити асоціацію для їх сімей. Вони сподіваються, що вивчення генів, пов'язаних з інтелектуальними вадами та аутизмом, таких як NHE6, допоможе розробити нові методи лікування для тих, хто має розлади аутичного спектра, які не отримали користі від сучасних методів лікування. "Нам потрібно визначити нову стратегію для них", - сказав Морроу.
Плутані історії
Тим часом у клініці Клівленда Фрейзер та його колеги вивчали мутації іншого гена, PTEN.
У порівнянні з людьми з аутизмом, люди з мутаціями PTEN, як правило, обробляють інформацію складніше і мають недоліки в робочій пам’яті, тобто здатність зберігати більше інформації протягом коротких періодів часу.
Ці результати показують необхідність адаптації методів роботи з дітьми з аутизмом, пов'язаних з PTEN, говорить Фрейзер. Викладачі та поведінкові терапевти повинні, наприклад, говорити рідше, давати прості, короткі вказівки та не просити дітей зберігати занадто багато інформації одночасно.
К. Маклін/Унів. Вашингтона Еван Айхлер, професор геномних наук Вашингтонського університету
Команда Фрейзьє виявила, що люди з мутацією PTEN мають великі голови та аномально велику кількість білої речовини - нервового волокна, що з'єднує області мозку. Крім того, біла речовина погано організована, що може бути пов’язано з труднощами в роботі пам’яті. Порівняно з дослідженнями зображень мозку осіб з аутизмом, які мали непереконливі результати, результати Фрейзьє є чудовими.
Лорд погоджується, що виявлення різних генетичних підтипів аутизму є важливим, але попереджає, що дослідники можуть виявляти закономірності, які не обов’язково представляють відмінності від інших підтипів або можуть недооцінювати відмінності в групі.
"Я думаю, що на авторів виникає величезний тиск, щоб щось відкрити", - сказала вона. Наприклад, проблеми з травленням і сном часто зустрічаються у дітей з аутизмом загалом, а не лише у тих, хто має мутації CHD8. "Зрештою, ми хочемо знати, чи могли б ми ідентифікувати цих дітей, якби не знали їх генетичних відхилень".
Більше того, не всі дослідження, орієнтовані на генетичну складову аутизму, будуть замовлені та матимуть прямі результати. Деякі гени, які беруть участь в аутизмі, можуть спричинити складний фенотип, який може включати інші порушення, крім аутизму. У той же час інші гени можуть не мати відношення до будь-якого передбачуваного фенотипу.
Для деяких сімей, які беруть участь у цих дослідженнях, історія не буде зрозумілою. Вейлон взяв участь у цьому дослідженні (він навіть запропонував біопсію шкіри, навіть якщо він боїться голок) з альтруїстичних причин - "щоб допомогти іншим людям з аутизмом і продовжити дослідження". Однак для нього та його родини запитань все ще більше, ніж відповідей.
Поки що знання про те, що Уейлон має мутацію гена SETD2, це лише питання "літер і цифр", говорить його батько Кертіс Кюде, хімік з Портленда, штат Орегон. "Я хочу знати: що це означає? Які загальні риси? Що насправді впливає на цей ген? "
На щастя, Вейлон, здається, впорається навіть за відсутності більш детальної інформації про причини свого аутизму. Незважаючи на те, що йому було важко в початковій школі - різні види діяльності, такі як писання, він був настільки підкреслений, що сховався під лавою або настільки бурхливий, що його відправили додому - тепер він може це зробити. Він створив клуб у середній школі, де навчається, минулого літа їздив на поїзді півтори години, щоб дістатися до стажування, і планує вивчати інформатику в коледжі.
Однак Вейлон та його сім'я сподіваються отримати більше безпосередньої користі від дослідження та з оптимізмом ставляться до індивідуальних методів лікування. Вейлон каже, що не хотів би змінювати свої математичні та природничі навички, які є важливою частиною його особистості. Однак, якби лікування дозволило змінити його мозок, щоб полегшити соціальну взаємодію, він обрав би його. "Схоже, це, мабуть, матиме лише позитивні ефекти".
Новини та статті думок на SFARI.org редакційно не залежать від Фонду Саймонса.
Ця стаття була перевидана на Wired.com.
1: О’Роак Б.Дж. та ін. Nature 485, 246–250 (2012) PubMed
2: О’Роак Б.Дж. та ін. Science 338, 1619-1622 (2012) PubMed
3: Stessman H.A. та ін. Cell 156, 872-877 (2014) PubMed
4: Берньє Р. та співавт. Cell 158, 263-276 (2014) PubMed
5: Helsmoortel C. та співавт. Нат. Genet. 46, 380-384 (2014) PubMed
6: Вандевейер Г. та ін. У мене є. J. Med. Genet. С Семін. Мед. Genet. 166C, 315-326 (2014) PubMed
7: Ouyang Q. та ін. Нейрон 80, 97-112 (2013) PubMed