Za roztroušenou sklerózou nejsou jen geny

Baranzini a jeho kolegové osekvenovali kompletní DNA jednovaječných dvojčat, z nichž jedno trpí roztroušenou sklerózou. Využili i další genetické metody k tomu, aby odhalili genetické faktory zvyšující riziko propuknutí tohoto autoimunitního onemocnění.

Dávno neplatí tradovaná představa, že jednovaječná dvojčata mají naprosto identickou dědičnou informaci. Během raného embryonálního vývoje může dojít u jednoho z nich ke spontánní mutaci. V důsledku toho může jedno dvojče čelit dědičně podmíněným zdravotním rizikům, která jeho sourozence nesužují. Mutace postihují celkem hojně i mitochondriální dědičnou informaci, takže lze prakticky u každého člověka prokázat heteroplasmii. Spektrum takto vzniklých variant mitochondriální DNA a jejich zastoupení v jednotlivých tkáních se u jednovaječných dvojčat liší.

V neposlední řadě prochází lidské embryo v raných předimplantačních stadiích vývoje obdobím nestability v sekvencích, kde se opakují delší úseky DNA. Zděděné úseky se mohou prodloužit nebo zkrátit. V důsledku toho se liší dvojčata i v zastoupení sekvencí, jež jsou základem pro tzv. copy number polymorphism. Samostatnou kapitolou je vysoká aktivita transpozonů v nervové tkáni plodu, která náhodně mění DNA nervových buněk. Nervové buňky v mozku jedince jsou z hlediska rozmístění transpozonů v DNA velmi variabilní.

Individuální variabilita je patrná i v transkripční aktivitě. Na začátku života se dvojčata neliší mírou exprese jednotlivých genů. V pozdějších životních obdobích se však exprese genů dvojčat mění v závislosti na vlivech vnějšího prostředí (např. odlišné životosprávy, negativních vlivů vnějšího prostředí, fyzické aktivity). To vše může významně přispět k tomu, že se u jednoho jednovaječného dvojčete projeví onemocnění s významnou dědičnou složkou, zatímco druhé dvojče neonemocní.

Studie, které hledají dědičné faktory pro různá onemocnění výzkumem na jednovaječných dvojčatech, s těmito vlivy donedávna nepočítaly a braly takové sourozence jako geneticky totožné.

Pátrání po dědičných dispozicích pro roztroušenou sklerózu

Baranzini a jeho kolegové zkoumali troje dvojčata, z nichž jedno trpělo roztroušenou sklerózou. Přečetli kompletní genom dvou sester a u dvou dalších dvojčat porovnali 3,6 milionu variant DNA, jež se liší jedinou bazí (tzv. single nucleotide polymorphism, SNP), a k tomu i 200 000 míst, kde v DNA došlo k inzerci nebo deleci delšího úseku. Narazili přitom na řadu genetických rozdílů mezi jednovaječnými dvojčaty, ale tyto rozdíly neodlišovaly zdravá dvojčata od dvojčat trpících roztroušenou sklerózou. Šlo o náhodné odlišnosti ve struktuře DNA a ty neměly na vznik choroby zřejmě žádný vliv.

Baranziniho tým se proto soustředil na expresi genů a na rozdíly v expresi mezi zdravými a nemocnými dvojčaty. Protože na vzniku autoimunitních onemocnění významně podílí aktivita CD4+ lymfocytů, porovnali vědci aktivitu 19 000 genů právě v tomto typu buněk. Sledovali strukturu a množství jednotlivých mRNA v lymfocytech.

Prověřili také methylaci DNA lymfocytů na více než dvou milionech míst, protože vyšší míra methylace má za následek nižší expresi genů. Neprokázali opět žádné rozdíly, jimž by bylo možno připsat onemocnění jednoho z dvojčat. Závěr studie vyzněl celkem jednoznačně. Samotné genetické dispozice zjevně nestačí k tomu, aby roztroušená skleróza u člověka propukla.

Již dříve bylo odhaleno několik variant genů, které jsou považovány s ohledem na roztroušenou sklerózu za rizikové. Všechna vyšetřená dvojčata nesla ve své DNA aspoň některé z těchto rizikových variant DNA.

„Obě dvojčata přišla na svět se stejnými dědičnými dispozicemi k roztroušené skleróze,“ říká Baranzini v rozhovoru pro časopis Nature. „Musí existovat něco, co chorobu u jednoho z nich spustilo a u druhého ne. Je možné, že jedno bylo vystaveno perfektní kombinaci vlivů vnějšího prostředí, jež se na propuknuté nemoci podílí.“

Vědci už podnikli celou řadu úspěšných pokusů odhalit příčiny dědičně podmíněných onemocnění analýzami kompletního genomu nebo alespoň transkriptomu. Při těchto studiích jsou porovnávány genomy či transkriptomy zdravých a nemocných lidí, popřípadě jsou porovnávány genomy a transkriptomy dětí a rodičů. Tímto způsobem se podařilo například odhalit souhru dvou různých mutací, jež v konečném důsledku vyvolávají dědičný Charcot‑Marie‑Tooth syndrom. Význam Baranziniho studie spočívá v tom, že byly poprvé kromě genomů porovnány i epigenomy (methylace DNA) a expresní vzory velkého počtu genů.

Někteří genetici jsou přesvědčeni, že Baranzini nepostihl všechny genetické faktory. Litují, že kompletní genom byl sekvenován jen u jednoho páru dvojčat. Baranziniho tým se soustředil na expresi genů v CD4+ lymfocytech, protože ty hrají klíčovou roli při ataku imunitního systému na myelin nervových vláken. Dědičná náchylnost k roztroušené skleróze se však může skrývat v defektní práci genů nervových buněk, které atak imunitního systému „vyprovokují“.

„Kdybychom kompletně sekvenovali desítku dalších dvojčat, byly by naše závěry podstatně úplnější,“ říká Baranziniho kolega a spoluautor studie Stephen Kingsmore z National Center for Genome Resources v Santa Fé. „A také bychom měli sekvenovat nervovou tkáň, kde mohou být mezi dvojčaty významné genetické rozdíly.“

Zdroj: Medical Tribune