Ученые Исследовательского института Детского медицинского центра в Юго-Западном Юго-Западном штате Юта (CRI) используют новый подход для выявления причин редких генетических заболеваний у детей и определения вариантов лечения быстрее, чем с помощью традиционных методов. Новый подход сочетает в себе секвенирование ДНК и химический анализ, называемый метаболомикой, для выявления мутантных генов, вызывающих нарушение метаболических путей у пациентов.
"Мы надеемся, что наш новый метод увеличит скорость, с которой мы сможем точно определить дефектный ген у пациентов, обследованных в наших клиниках Детского здоровья," сказал доктор. Ральф ДеБерардинис, профессор CRI и педиатрии в Юго-Западном Юго-Западном Калифорнийском университете, где он является руководителем отдела детской генетики и метаболизма и имеет сертификат Джоэла Б. Стейнберг, М.D. Кафедра педиатрии и научный сотрудник семьи Соуэлл в области медицинских исследований. Он также руководит программой CRI по генетическим и метаболическим заболеваниям (GMDP).
"Выявление мутации позволяет нам предоставить семье полезную информацию о болезни и ее риске для других членов семьи. В некоторых случаях информация либо указывает на существующую терапию, либо помогает нам разработать новые," Доктор. Деберардини добавил.
Заболевания, имеющие генетическую основу, являются причиной большого числа заболеваний и смертности у детей и приводят к примерно 25 процентам госпитализаций в педиатрические больницы. Самая большая подгруппа этих генетических заболеваний известна как врожденные ошибки метаболизма (IEMs). По его словам, хотя по отдельности эти заболевания редки, в совокупности они поражают непропорционально большое количество детей. IEM вызваны дефектами генов, которые помогают организму метаболизировать или расщеплять сахара, белки и жиры, содержащиеся в пище. Нарушение обмена веществ может привести к химическому дисбалансу, который может привести к смерти или необратимой инвалидности у детей, если его не выявить и не лечить в молодом возрасте.
Обнадеживает то, что многие IEM поддаются лечению с помощью диетических модификаций и медикаментозной терапии после выявления генетической основы заболевания. Небольшое количество IEM диагностируется при скрининге новорожденных, но большинство диагностируется только после того, как ребенок заболеет. Поскольку эти заболевания настолько редки, для установления правильного диагноза могут потребоваться месяцы или даже годы, и этот процесс часто включает инвазивные процедуры, такие как биопсия мышц или печени.
"IEM традиционно сложно идентифицировать," Доктор. ДеБерардинис сказал. "Многие из этих заболеваний имеют частично совпадающие симптомы, поэтому, даже если вы подозреваете IEM, часто бывает трудно определить проблему. Известно более 400 IEM и несколько тысяч генов, участвующих в метаболизме человека. Выявление мутировавшего гена у ребенка с IEM – особенно новой или недавно обнаруженной болезни – похоже на поиск иголки в стоге сена."
В исследовании, опубликованном сегодня в Cell Reports, исследователи определили ген, ответственный за редкий IEM, вызывающий аномальное развитие мозга, судороги и тяжелый метаболический ацидоз. Чтобы найти ген, они использовали комбинацию секвенирования ДНК и метаболомики, метод, который может обнаруживать сотни небольших химических соединений в крови. Исследователи сравнили уровень каждого метаболита, обнаруженного у пациентов, со здоровыми субъектами, используя метод, называемый нецелевым метаболомным профилированием. Этот метод позволил исследователям обнаружить в крови в 20 раз больше метаболитов, чем при обычном метаболическом скрининге. Этот подход предоставил исследователям детальное представление об метаболических изменениях у пациента.
Затем исследователи использовали передовые методы секвенирования ДНК для поиска мутаций среди почти 20000 генов человека. Затем они объединили список метаболических изменений и список мутировавших генов, чтобы определить, какая мутация может объяснить метаболические различия, присутствующие у пациента.
"Выполнение метаболомики параллельно с исследованиями ДНК позволяет выявить мутации, вызывающие заболевание, намного быстрее, чем только исследования ДНК," сказал доктор. Мин Ни, ведущий автор исследования и доцент CRI и педиатрии в Юго-Западном Юта. "В этом случае это помогло нам определить, что у пациента был генетический дефект одного фермента, известного как LIPT1. Мы смогли подтвердить нашу новую технику скрининга, используя культивированные клетки пациента и мышиную модель, чтобы показать, что мутация, которую мы идентифицировали у пациента, вызвала метаболические нарушения и препятствовала нормальному развитию."
Доктор. ДеБерардинис считает своим открытием уникальную настройку GMDP. "При поддержке Children’s Health и UT Southwestern мы утроили размер нашей клинической группы и создали программу исследований для обработки данных геномики и метаболомики человека. Наши ученые и врачи работают бок о бок, чтобы оценить пациентов, узнать об их заболеваниях, найти новые мутации и творчески подумать о разработке более эффективных методов лечения. Посещение пациентов в клинике позволяет сфокусировать наши исследования и гарантировать, что мы задаем правильные вопросы. За последние пять лет мы выявили новые гены болезней, предоставили семьям точную диагностическую информацию и, в некоторых случаях, помогли пациентам найти более эффективные методы лечения, адаптированные к их мутациям. Мы очень рады тому, что узнаем в ближайшие несколько лет."