Новости | Учёные обнаружили 473 генов «включения-выключения», которые могут преобразить персонализированную медицину

Новости | Учёные обнаружили 473 генов «включения-выключения», которые могут преобразить персонализированную медицину

Крупное исследование, опубликованное в Nature Communications, выявило 473 генов человека, работающих как переключатели: они либо полностью активны, либо полностью неактивны и демонстрируют тканеспецифичную экспрессию. Это открытие расширяет возможности для понимания механизмов заболеваний и развития персонализированной медицины.

Переключение генов влияет на здоровье

Команда проанализировала геномные данные (ДНК), метиломные данные (модификации ДНК) и транскриптомные данные (экспрессия РНК), полученные от 943 добровольцев, изучив закономерности экспрессии примерно 19,000 генов с высокой экспрессией в 27 тканях человека.

Учёные обнаружили 473 генов с чётким бимодальным распределением — двумя крайними состояниями «включено» и «выключено» вместо постепенного усиления или снижения. Такая переключательная экспрессия была тесно связана с заболеваниями, включая болезни кожи, метаболические заболевания, нарушения иммунной системы и рак.

Гормональная регуляция и метилирование ДНК определяют, какие гены включаются и выключаются

Большинство генов-переключателей были тканеспецифичными и регулировались уровнем гормонов. Например, из 158 таких генов, выявленных в ткани молочной железы, 157 преимущественно экспрессировались у женщин, демонстрируя выраженную половую специфичность. В ткани матки экспрессия ключевых генов, таких как TP53INP2, снижалась с возрастом и могла быть связана со снижением женской фертильности.

Около 8.5% этих генов демонстрировали сходную двухуровневую экспрессию во всех тканях — главным образом из-за генетических факторов, таких как варианты ДНК, структурные варианты или потеря функции. Например, распространённая делеция гена оставляет USP32P2 и FAM106A навсегда «выключенными», что может влиять на мужскую фертильность и усугублять течение COVID-19.

Исследование тканей влагалища: гормональная терапия может снова включить гены

В образцах тканей влагалища исследователи обнаружили 7 генов-переключателей, связанных с постменопаузальной атрофией влагалища, вызванной дефицитом эстрогена. Дальнейшие эксперименты показали, что терапия эстрогенами может реактивировать 5 из них. Это подтверждает тесную связь их экспрессии с гормонами и позволяет предположить, что гормональная терапия может действовать отчасти через регуляцию этих генов.

В тканях влагалища ALOX12 был отнесён к «пассажирским генам» — следствию заболевания, тогда как KRT1 может быть «геном-драйвером», вызывающим заболевание, что открывает потенциальные мишени для будущих вмешательств.

Более тщательное изучение генов-переключателей может изменить диагностику и лечение заболеваний

Долгое время исследователи сосредотачивались на генах с непрерывной экспрессией или постепенными изменениями, упуская из виду бинарные закономерности, подобные переключателю света. Используя данные секвенирования РНК и статистические модели, это исследование впервые систематически выявило такие гены-переключатели и восполнило важный пробел в научных знаниях.

Учёные рекомендовали два приоритетных направления для будущих исследований:

Использовать длинноформатное секвенирование для поиска скрытых структурных вариантов. Генетический механизм, лежащий в основе состояния «выключено» некоторых генов, таких как GPX1P1, остаётся неясным;

Включить гены-переключатели в исследования взаимодействия генов и окружающей среды. Например, делеция гена GSTMI в сочетании с курением матери может значительно повысить риск астмы у ребёнка.

Перспективы: ещё один шаг к прецизионной медицине

Это исследование стало крупнейшим и наиболее комплексным интегрированным анализом такого рода на сегодняшний день. Объединив геномные, метиломные и транскриптомные данные, учёные создали карту генов-переключателей человека.

Хотя в исследовании отмечается, что состояния «включено-выключено» на уровне РНК не всегда отражают изменения на уровне белка, полученные результаты всё же создают прочную основу для раннего выявления заболеваний, поиска лекарственных мишеней и разработки персонализированного лечения.

Если исследователи смогут определить, какие гены вызывают заболевания, и объединить эту информацию с индивидуальными факторами, такими как гормоны, возраст и ИМТ, станет возможным более точное прогнозирование заболеваний и проведение вмешательств.

Источник материала:

Собрано в интернете