Stotters bestuderen: Wat 900.000 genomen ons leren over groeiende DNA-herhalingen

Wetenschappers hebben de genetica van de ziekte van Huntington (HvH) intensief bestudeerd sinds het verantwoordelijke gen in 1993 werd ontdekt. In tegenstelling tot veel andere genetische ziekten, waarbij een verandering in één of enkele DNA-letters genoeg kan zijn om de ziekte te veroorzaken, is HvH het resultaat van een uitbreiding van een reeks van drie letters (CAG) die zich steeds herhaalt in het huntingtine-gen (HTTHTT Afkorting voor het gen dat de ziekte van Huntington veroorzaakt. Hetzelfde gen wordt ook wel ZvH-gen of IT-15 genoemd.). Wanneer deze genetische ‘stotter’ te lang wordt, meestal 40 of meer CAG’s, zet dit de ziekte in gang. Meer recentelijk ontdekten wetenschappers dat de CAG-herhalingCAG-herhaling Het stukje DNA aan het begin van het Huntington-gen, dat de CAG-sequentie bevat die vele malen wordt herhaald en abnormaal lang is bij mensen die de ziekte van Huntington zullen ontwikkelen. gedurende het hele leven in de cellen van mensen kan blijven groeien. Deze voortdurende groei van de CAG-stotter in HTTHTT Afkorting voor het gen dat de ziekte van Huntington veroorzaakt. Hetzelfde gen wordt ook wel ZvH-gen of IT-15 genoemd. is waarschijnlijk een cruciale stap bij het bepalen wanneer de ziekte begint.

Maar HTTHTT Afkorting voor het gen dat de ziekte van Huntington veroorzaakt. Hetzelfde gen wordt ook wel ZvH-gen of IT-15 genoemd. is niet het enige gen dat een onstabiele genetische stotter bevat. Een team onder leiding van dr. Po-Ru Loh aan de Harvard University analyseerde de genomen van meer dan 900.000 mensen om het gedrag van andere DNA-herhalingen te onderzoeken. Hun bevindingen lieten zien dat herhalingsuitbreidingen wijdverspreid zijn en mogelijk worden aangestuurd door vergelijkbare moleculaire processen.

Komen genetische stotters vaak voor?

Hoewel wetenschappers weten dat de CAG-herhalingCAG-herhaling Het stukje DNA aan het begin van het Huntington-gen, dat de CAG-sequentie bevat die vele malen wordt herhaald en abnormaal lang is bij mensen die de ziekte van Huntington zullen ontwikkelen. in HTTHTT Afkorting voor het gen dat de ziekte van Huntington veroorzaakt. Hetzelfde gen wordt ook wel ZvH-gen of IT-15 genoemd. tijdens het leven van een persoon kan groeien en in aantal kan veranderen tussen generaties, is er minder bekend over of dit gebruikelijk is voor andere herhalingen. Het menselijk genoomgenoom al het DNA van een levend organisme, verzamelnaam voor alle genen bevat honderdduizenden korte, herhalende DNA-sequenties. Groeien (of krimpen) deze herhalingen ook met de leeftijd of tussen generaties? En zo ja, zouden ze in verband kunnen worden gebracht met andere menselijke ziekten? Zou er een gemeenschappelijk onderliggend cellulair proces kunnen zijn dat hapert en deze genetische stotters veroorzaakt? Dit zijn de vragen die dr. Loh en zijn collega’s wilden onderzoeken.

Zoeken naar herhalingen in bijna een miljoen genomen

Het meten van genetische stotters klinkt in principe eenvoudig, maar het nauwkeurig identificeren van herhalingen bij bijna een miljoen mensen is technisch extreem moeilijk. Stel je voor dat je probeert te tellen hoe vaak hetzelfde woord voorkomt in een zin als “de de de de de de”. Stel je nu voor dat het lettertype grootte 0,0001 is (molecuul-lettertype!). Als er één “de” wordt toegevoegd of verwijderd, is het verrassend moeilijk om te zien waar dat gebeurde of hoeveel kopieën er precies aanwezig zijn.

Het bestuderen van DNA vereist dat onderzoekers het voorbereiden met een reeks chemische reacties, waaronder reacties met enzymen die veel kopieën van het DNA maken. Dit proces vormt een ander probleem: de kopieer-enzymen voegen vaak extra herhalingen toe die niet aanwezig waren in het oorspronkelijke monster. Om deze uitdagingen te overwinnen, ontwikkelden dr. Loh en zijn team geavanceerde computer- en statistische methoden om deze ‘valse’ herhalingen te identificeren en eruit te filteren. Vervolgens gebruikten ze het resterende monster om de lengtes van de herhalingen te schatten voor ongeveer 350.000 locaties in het genoomgenoom al het DNA van een levend organisme, verzamelnaam voor alle genen.

CAG-herhalingen in het hele genoomgenoom al het DNA van een levend organisme, verzamelnaam voor alle genen

Het team begon met het zoeken naar CAG-herhalingen. Hoewel er veel andere soorten herhalend DNA bestaan, is van CAG-herhalingen al bekend dat ze verschillende ziekten veroorzaken, waaronder HvH. De onderzoekers identificeerden 18 locaties waar sommige mensen ongewoon lange CAG-herhalingen hadden, wat er mogelijk op wees dat er een uitbreiding had plaatsgevonden. Een van de meest voorkomende uitbreidingen was in een gen genaamd TCF4, waar bij bijna 9% van de deelnemers aan het onderzoek een uitgebreide herhaling werd gevonden. Het vinden van een lange herhaling betekent niet noodzakelijkerwijs dat het een ziekte veroorzaakt, maar het laat wel zien dat CAG-herhalingen graag groeien. Het team vond ook 15 locaties waar CAG-herhalingen tussen generaties van lengte veranderden, vergelijkbaar met HvH. Deze resultaten suggereren dat de genetische stottering die bij HvH wordt waargenomen, onderdeel kan zijn van een breder genetisch patroon.

Nu was vastgesteld dat sommige CAG-herhalingen langer zijn dan verwacht en tussen generaties langer kunnen worden, was de volgende grote vraag of ze ook groeien tijdens het leven van een persoon. Dit is een cruciale vraag, omdat men denkt dat de groei van CAG-herhalingen in de loop van de tijd bijdraagt aan het ontstaan van HvH. Van de 15 CAG-herhalingen die ze onderzochten, vertoonden er 4 deze “leeftijdsafhankelijke” uitbreiding. Eén bevinding was bijzonder onverwacht: mensen met uitgebreide CAG-herhalingen in een gen genaamd GLS hadden een ongeveer 14 keer groter risico op een ernstige nierziekte. Dit suggereert dat herhalingsuitbreidingen aan meer ziekten kunnen bijdragen dan we momenteel weten, en we ontdekken ze nu pas omdat herhalingen moeilijk te zien zijn in het DNA.

Waarom groeien genetische stotters?

Stel je een kapotte printer voor die moeite heeft met zinnen die herhaalde woorden bevatten (“kan kan kan kan kan kan”). Elke keer dat de zin opnieuw wordt afgedrukt, worden er extra ‘kannen’ toegevoegd – CAG-herhalingen gedragen zich vergelijkbaar. Omdat elke CAG er identiek uitziet aan de volgende en de vorige, glippen de cellulaire machines soms uit, raken ze de weg kwijt en voegen ze extra kopieën toe, waardoor de genetische stotter in de loop van de tijd van lengte verandert.

De onderzoekers wilden begrijpen waarom de herhalingen bij sommige mensen sneller uitbreidden dan bij anderen. Ze richtten zich op uitgebreide herhalingen in een gen genaamd TCF4, omdat deze veel voorkwamen en sterk varieerden in bloedcellen. Door het hele genoomgenoom al het DNA van een levend organisme, verzamelnaam voor alle genen te doorzoeken, vond het team 7 genetische veranderingen die leken samen te hangen met de TCF4-uitbreiding. Spannend genoeg bevonden vier van deze locaties zich in DNA-herstelgenen (MSH3, FAN1, ATAD5 en PMS2) die al in verband waren gebracht met CAG-herhalingsuitbreiding in HTTHTT Afkorting voor het gen dat de ziekte van Huntington veroorzaakt. Hetzelfde gen wordt ook wel ZvH-gen of IT-15 genoemd.. Deze bevindingen versterken het bewijs dat DNA-herstelgenen een sleutelrol spelen bij het beheersen van herhalingsuitbreidingen.

Een verkeersdrempel voor herhalingsuitbreiding

Het onderzoek toonde ook aan dat een kleine onderbreking in de genetische stotter de groei van de CAG-herhalingCAG-herhaling Het stukje DNA aan het begin van het Huntington-gen, dat de CAG-sequentie bevat die vele malen wordt herhaald en abnormaal lang is bij mensen die de ziekte van Huntington zullen ontwikkelen. kon vertragen. Stel je de reeks “kan kan kan kan kan” voor. Omdat elk woord hetzelfde is, raakt de DNA-kopieermachine gemakkelijk de weg kwijt. Voeg nu een ander woord toe: “kan kan ja kan kan”. Deze kleine onderbreking werkt als een verkeersdrempel; het doorbreekt het herhalende patroon en helpt de DNA-machine om de locatie bij te houden. In het TCF4-gen breidden 18 CAG-herhalingen met één kleine onderbreking bijvoorbeeld 135 keer langzamer uit dan 18 CAG-herhalingen zonder onderbreking.

Dergelijke sequentie-onderbrekingen zijn zeer relevant voor HvH. Hoewel het superzeldzaam is, hebben mensen met CAG-herhalingsonderbrekingen een aanzienlijk latere leeftijd waarop de ziekte begint dan verwacht. En wetenschappers werken al hard aan de ontwikkeling van herhaling-bestrijdende genetische therapieëntherapieën behandelingen.

Wat betekent dit voor ZvH?

Een belangrijke conclusie van dit onderzoek is dat CAG-herhalingen een natuurlijke neiging hebben om te groeien, en dat een deel van dezelfde DNA-herstelmachine deze uitbreiding in verschillende genen beïnvloedt. De betrokkenheid van de DNA-herstelmachine bij zowel TCF4 als HTTHTT Afkorting voor het gen dat de ziekte van Huntington veroorzaakt. Hetzelfde gen wordt ook wel ZvH-gen of IT-15 genoemd. (samen met vele andere herhalingen) ondersteunt sterk het idee dat deze processen centraal staan bij herhalingsuitbreiding – en misschien bij het ontstaan van de ziekte. We weten nog steeds niet of de uitbreiding van herhalingen met de leeftijd HvH veroorzaakt, maar dit groeiende bewijs suggereert een intrigerend verband.

Een belangrijke beperking is dat dit onderzoek voornamelijk de uitbreiding in bloedcellen heeft gemeten. Herhalingsgroei in bloedcellen betekent niet noodzakelijkerwijs dat dezelfde herhalingen ook in de hersenen groeien, omdat elke cel uitbreidingen opbouwt in verschillende tempo’s en op manieren die afhangen van complexe cellulaire processen.

Niettemin benadrukt dit onderzoek de noodzaak van herhaling-bestrijdende genetische therapieëntherapieën behandelingen en behandelingen om de activiteit van DNA-herstelpaden aan te passen. Beide benaderingen worden al onderzocht, maar er is meer onderzoek nodig om te bepalen of ze veilig en effectief zullen zijn bij mensen.

Samenvatting

• Wetenschappers bestudeerden herhalende DNA-sequenties bij meer dan 900.000 mensen.
• Ze ontdekten dat CAG-herhalingen kunnen uitbreiden tussen generaties en tijdens het leven van een persoon.
• Sommige van dezelfde DNA-herstelgenen beïnvloeden de herhalingsuitbreiding in zowel TCF4 als het HvH-gen.
• Kleine onderbrekingen binnen CAG-herhalingen vertraagden hun groei aanzienlijk, wat steun biedt aan inspanningen om herhaling-bestrijdende therapieëntherapieën behandelingen te ontwikkelen.
• De meeste metingen waren afkomstig uit bloed, dus er is meer onderzoek nodig om te begrijpen hoe deze bevindingen van toepassing zijn op de hersenen.