Независимо друг от друга группа исследователей из Медицинского колледжа Бейлора и группа из Медицинского центра Университета Утрехта в Нидерландах определили местную семью с двумя маленькими детьми с тяжелыми инфекциями и заболеваниями легких. Доктор.
Саския Н. ван дер Краббен, соавтор и в то время резидент клинической генетики в UMC Utrecht, принимал участие в уходе за пациентами обоих голландских братьев и сестер. «Я заказал диагностику, проконсультировал семью, координировал междисциплинарное клиническое сотрудничество и позже предложил этот случай в качестве исследовательского проекта», — сказал ван дер Краббен.
Соавтор доктор.
Мариье Хеннус, педиатрический врач интенсивной терапии в UMC Utrecht, была основным врачом для обоих братьев и сестер. "Поскольку старший ребенок находился под моим непосредственным присмотром, я был шокирован, узнав, что ее брат или сестра поступили с таким же течением болезни всего два года спустя. Это заставило меня поверить в то, что основной генетический дефект, вероятно, был в основе их проблем ", — сказал Хеннус.
"Доктор. Мы с Хеннусом были полны решимости найти ответ для этой семьи. Я очень рад, что мы наконец его нашли », — сказал ван дер Краббен.
«Проект« захватил меня », когда я услышал о семье, которая потеряла двоих маленьких детей из-за редкого заболевания легких; оба брата и сестры были примерно одного возраста, когда они скончались. Поскольку это происходило дважды в одной семье, наши шансы найти генетическую причину значительно увеличились », — сказал соавтор исследования д-р. Гийс ван Хаафтен, доцент генетики и руководитель группы в Утрехте.
Тем временем группа в Бэйлоре узнала о похожей семье через консультационную службу по генетике. Врачи Техасской детской больницы, которые впоследствии ухаживали за двумя братьями и сестрами, у обоих были серьезные проблемы с заболеванием легких и инфекцией, попросили консультационную службу по генетике показать их.
Семья была представлена как неизвестное заболевание тогдашним коллегой по генетике и соавтором доктором. Сандеш С.S. Нагамани (ныне доцент и директор по клиническим исследованиям в отделе молекулярной генетики и генетики человека в Бейлоре) в Genetics Clinical Rounds, где присутствовал соавтор доктор.
Шэрон Плон, профессор педиатрии — онкологии, молекулярной генетики и генетики человека в Бейлоре и директор клинических и исследовательских программ генетики рака в Детской больнице Техаса. «Я упомянул консультативной группе по генетике, что проблемы с обработкой повреждений ДНК могут быть причиной клинических проблем у младенцев», — сказал Плон.
«Они отправили клинический тест, в ходе которого изучали способность младенца реагировать на повреждение ДНК, и обнаружили, что результат был крайне ненормальным», — сказал Плон. «В тот момент я поговорил с семьей об их интересе к участию в нашем исследовании, которое предназначено для использования новых методов геномного секвенирования, чтобы попытаться понять такого рода расстройства.
Родители согласились на то, чтобы дети и они сами попали в кабинет."
В поисках гена
Команды Бейлора и Утрехта продолжали работать независимо друг от друга, пытаясь определить ген, который мог бы объяснить состояние младенцев.
Процесс включал сначала секвенирование ДНК детей, а затем сравнение их генов с генами, указанными в базах данных. «Большая часть нашей работы состоит в том, чтобы попытаться выяснить, какие редкие генетические изменения происходят в этой семье, которых нет у других людей», — сказал Плон.
Первые попытки найти ген привели к довольно длинному списку генов-кандидатов. В генетических базах данных в то время не было достаточно информации о генах и их вариантах, присутствующих в нормальных популяциях.
Но «около полутора лет назад новый сотрудник лаборатории, Деб Риттер, вернулась и повторно проанализировала данные, используя некоторые из новых баз данных нормальных людей в качестве сравнения, и она свела его к двум генам», — сказал Плон. Новые базы данных содержали генетическую информацию от десятков тысяч человек.
«Я провел биоинформатический анализ», — сказал соавтор доктор Др. Дебора Риттер, научный сотрудник педиатрии Центра секвенирования генома человека в Бейлоре и детской больнице Техаса. В сотрудничестве с доктором. Дэвид Уиллер, профессор молекулярной генетики и генетики человека в Baylor, Риттер сравнил гены детей с генами из «больших баз данных здоровых людей, чтобы мы могли искать действительно редкие мутации в ДНК детей»."
Идентифицированный ген, названный NSMCE3, «очень маленький ген; он был чрезвычайно уникальным, поскольку в нем присутствовали две редкие мутации», — сказал Риттер.
Работа Риттера убедительно свидетельствует о том, что мутации гена NSMCE3, присутствующие у младенцев, были ответственны за тяжелое заболевание легких и инфекции, от которых страдали дети. «В сочетании с тем фактом, что не было других очень убедительных мутаций, и литература по этому гену имела смысл для роли в репарации ДНК, то аргументы в пользу того, что этот ген является причинным, были очень сильными», — сказал Риттер.
Тем не менее, «нам действительно нужно было найти дополнительные семьи; очень сложно доказать случай с одной семьей», — сказал Плон.
Команда Утрехта определила тот же ген в семье, с которой они работали. «Мы нашли ген-кандидат с мутациями в нем, и функциональная работа в сотрудничестве с экспертами из Университета Сассекса в Великобритании подтвердила разрушительные последствия мутаций», — сказал ван Хаафтен.
Чтобы найти дополнительные семейства, мы ввели ген-кандидат в GeneMatcher, умный веб-инструмент, разработанный Университетом Джона Хопкинса для исследователей редких заболеваний, и выяснили, что группа доктора. Плон также интересовался геном."
Доктор.
Плон также ввела ген своей команды в GeneMatcher. "Изначально совпадений не было. Никого не интересовал этот ген, а затем, шесть месяцев спустя, мы получили электронное письмо, в котором говорилось: «У вас есть совпадение», — сказал Плон. "Я отправил ван Хаафтену простое электронное письмо, в котором говорилось, что у нас есть семья с двумя детьми с тяжелыми инфекциями и двумя мутациями в этом гене. Доктор.
Ван Хаафтен сразу ответил: «Это очень похоже на нашу семью.’Итак, мы решили сотрудничать."
Долгосрочное плодотворное сотрудничество
«Объединив наши данные, мы получили очень веские доказательства того, что мутации в гене-кандидате действительно были ответственны за заболевание», — сказал ван Хаафтен.
В голландской семье «точно такая же мутация, как у одной из двух мутаций в нашей семье», — сказал Плон.
К сожалению, все четверо детей, двое в голландской семье и двое в американской, умерли очень молодыми от этого тяжелого заболевания легких и инфекции. У них также был обнаружен разрыв хромосом. В соответствии с этими клиническими и генетическими особенностями, ученые назвали это состояние «синдромом тяжелого заболевания легких и иммунодефицитного разрыва хромосом».’
Мутации в гене NSMCE3 влияют на белок, который необходим для восстановления поврежденной ДНК и участвует в процессе разделения хромосом при делении клеток. Соавтор доктор. Джоанн Мюррей, читатель Центра повреждения и стабильности генома в Университете Сассекса и соавтор, аспирант Грант МакГрегор, также работающий в Genome Stability, подробно изучила, что делают эти специфические мутации и как они влияют на функцию белка. «Нам удалось скоординировать свои действия с другими учеными, — соавторы д-р.
Лоуренс Перл и доктор. Энтони Оливер в Сассексе и доктор. Ян Палецек из Университета Масарика в Брно, Чешская Республика — для создания картины того, что происходит в камерах пациентов », — сказал Мюррей.
Мутировавшие белки отличались от нормального белка одним изменением в своих аминокислотах, строительных блоках белков.
Единственное изменение привело к дестабилизированному белку, который не мог выполнять свои нормальные функции во время репарации ДНК. «Мы смогли показать, что клетки наиболее чувствительны к проблемам, возникающим при копировании ДНК», — сказал МакГрегор. В лабораторных экспериментах, в которых клетки подвергались облучению, например, Мюррей и МакГрегор наблюдали, что после облучения клетки с мутациями не восстанавливают свою ДНК так же, как клетки без мутаций.
Поскольку у детей с этим синдромом часто бывали инфекции, обе команды изучали иммунный ответ детей.
В Baylor соавторы д-р. Джордан Оранж, профессор педиатрии — ревматологии, и доктор. Иван Чинн, доцент кафедры педиатрии — аллергии и иммунологии, изучил количество и функцию Т- и В-клеток, двух важных типов клеток в иммунном ответе. «У пациентов был низкий процент Т-лимфоцитов и низкий или отсутствующий Т-клеточный ответ на инфекционные агенты.
Их количество В-клеток не было универсально низким, но мы видели доказательства дисфункции В-клеток у всех пациентов, прошедших тестирование », — сказали Оранж и Чинн. Т- и В-клетки также показали доказательства множественных разрывов хромосом.
Благодаря этому долгосрочному международному сотрудничеству исследователи определили, что редкий фатальный синдром, характеризующийся поломкой хромосом, инфекциями и тяжелым легочным заболеванием, вызван наследованием мутации в обеих копиях гена NSMCE3. Они определили две одиночные мутации, которые могут вызвать синдром. Мутировавшие гены производят белок, который дестабилизирует процесс репарации ДНК, что приводит к поломкам хромосом. Кроме того, пораженные Т- и В-клетки не выполняют свои иммунологические функции должным образом.
Значение этого исследования и будущее
Для исследователей описание нового генетического заболевания является значительным вкладом в эту область науки. Но авторы отмечают, что больше всего они взволнованы этой работой, так это то, что «теперь мы можем дать семьям научное объяснение, надеяться улучшить диагностические возможности для будущих детей с подобным заболеванием и лучше понять функцию комплекса репарации ДНК в организме. человеческое тело в состоянии здоровья и болезней ", — сказал ван Хаафтен.
«Это особенно хороший пример того, как разные группы проводят геномное секвенирование и по отдельности не имеют достаточного количества данных, но при совместном использовании данных достигают важных результатов», — сказал Плон. "Я работаю над разработкой баз данных, чтобы облегчить обмен данными. Было лично полезно использовать один из этих инструментов, который позволил нам определить это редкое заболевание."
«Я надеюсь, что после публикации статьи будет выявлено больше пациентов, и мы сможем получить лучшее представление о характеристиках синдрома.
Возможно, из этого нового синдрома поломки хромосомы мы узнаем больше о других синдромах поломки », — сказал ван дер Краббен.
«Эту болезнь нельзя было предотвратить из-за чего-то, что родители опасались, что они сделали что-то неправильно или вылечили в этот момент», — сказал Хеннус. "Я, безусловно, очень рад, что мы, наконец, смогли дать скорбящим семьям ответы и советы, которые они искали."
Для родителей американских детей, которые предоставили образцы для этого исследования, получение результатов исследования было значительным. «Это был подарок для нас, потому что большинство родителей детей с неизвестными заболеваниями действительно никогда не получают ответа на вопрос, почему мои дети заболели?
Возможность получить ответ также была подарком медсестрам, врачам, персоналу и исследователям Texas Children’s. Техасская детская больница — невероятная больница, где они принимают множество детей со всего мира.
На самом деле получить конкретный ответ на неизвестную болезнь — это очень уникально, очень редко. Для нас это было потрясающе », — сказал отец американских детей, участвовавших в этом исследовании.
Исследователи глубоко благодарны родителям детей, страдающих этим синдромом, за участие в исследовании. «Я не могу сказать достаточно, как высоко я оцениваю их решение участвовать и какое влияние оно оказало на лучшее понимание этого синдрома, или как часто я думал об их семьях по мере развития этой работы», — сказал Риттер. «Несмотря на то, что я только« встретил »их ДНК, родители и дети, которых они потеряли, присутствовали для меня."