«Анализ геномов применяется для изучения механизмов развития различных заболеваний. Специалисты Института искусственного интеллекта МГУ им. М.В. Ломоносова провели секвенирование геномов 10 тысяч человек и обнаружили новые участки, оказывающие влияние на гликозилирование белков в плазме крови – процесс присоединения к белкам углеводных структур (гликанов). Выявленные гены также задействованы в метаболизме липидов. Благодаря этому исследованию ученым удалось установить взаимосвязь между гликозилированием белков и возникновением сердечно-сосудистых заболеваний, а также болезней иммунной системы.
Человеческий геном состоит из 3,3 миллиарда нуклеотидов, кодируемых буквами и организованных в 23 пары хромосом. Каждая хромосома представляет собой линейную последовательность из этих «букв». Но как ученые расшифровывают эту информацию? Несмотря на то, что между людьми существуют различия всего в нескольких десятках нуклеотидов, их линейное расположение позволяет ввести понятие геномных координат и точно определить местоположение каждого из них – точнее, участка, в котором он находится. Геномный участок – это отрезок, включающий в себя несколько десятков или сотен тысяч нуклеотидов. Для изучения конкретного заболевания сравниваются образцы, взятые у пациентов и здоровых людей, и определяются нуклеотиды, присутствующие у больных, но отсутствующие у здоровых. На основании этого делается вывод о том, что данный участок генома оказывает непосредственное влияние на развитие болезни, а последующие исследования направлены на выяснение его конкретной роли.
Изначально исследование, проводимое в Институте ИИ МГУ, также стартовало по аналогичной схеме, однако, поскольку не изучалось конкретное заболевание, применялись более общие подходы. Об этом «Научной России» сообщил Содбо Шарапов, научный сотрудник Института ИИ МГУ.
«Говоря о болезнях, мы имеем в виду бинарный показатель: либо присутствует заболевание, либо нет. Однако существуют и количественные биомедицинские признаки, такие как уровень липидов в крови, вес, рост, индекс массы тела, плотность костей и другие. Влияние генетических изменений на эти признаки также может быть предметом изучения. Именно таким был наш случай, поскольку мы исследовали уровень специфических комплексных углеводов, связанных с белками в крови человека», — рассказал Содбо Шарапов.
Сложные углеводы представляют собой полисахариды, а это значит, что это длинные цепи молекул сахара, которые взаимодействуют с белками в плазме крови. В ходе исследования, в котором приняли участие 10 тысяч человек, ученые определяли концентрацию 36 различных комплексных полисахаридов. По словам исследователя, эти углеводы присоединяются к белкам на внешней поверхности и оказывают влияние на их функциональность, а также способны изменять их структуру. Кроме того, гликаны (углеводы, осуществляющие гликозилирование белков) играют значимую роль в иммунной реакции и, как следствие, в развитии иммунных расстройств. Если ранее было идентифицировано 16 участков в геноме, оказывающих воздействие на гликозилирование белков, то теперь этот перечень расширен еще на 25 позиций. Дополнительные исследования выявили корреляцию между гликозилированием белков и другими биологическими процессами.
«Из предыдущих исследований было известно, что основным источником белков, содержащих сложные углеводные структуры – гликаны – служат клетки иммунной системы и клетки печени. Печень также играет роль в метаболизме жиров и липидов, что оказывает влияние на сердечно-сосудистую систему. С помощью генетического анализа мы установили: обнаруженные нами гены влияют на гликозилирование белков в плазме крови, и они же участвуют в метаболизме липидов. Как ранее было установлено, изменения в этих участках генома связаны с сердечно-сосудистыми заболеваниями и заболеваниями иммунной системы. Нам удалось продемонстрировать взаимосвязь между концентрацией определенного типа сложных углеводов (высокоманнозных углеводов) и вероятностью развития нарушений липидного обмена, включая сердечно-сосудистые заболевания: более высокий уровень высокоманнозных структур сопряжен с повышенным риском», — отметил Содбо Шарапов.
Необходимы дополнительные исследования, однако уже сейчас очевидно: взаимосвязь между генами, определяющими предрасположенность к болезням, и структурой гликанов позволяет рассматривать эти гликаны как потенциальные биомаркеры. Это открывает возможность заблаговременного прогнозирования развития заболеваний. Кроме того, это позволяет предположить, что гликаны могут служить целью для воздействия терапевтических препаратов. В случае подтверждения этой гипотезы, полученные данные позволят создавать новые лекарственные средства.
Материал создан при содействии Министерства науки и высшего образования Российской Федерации
Фото: kjpargeter / фотобанк Freepik