Более чем на половину геном человека занимают повторяющиеся последовательности ДНК различных типов. Многие заболевания связаны с этими особенными повторяющимися участками ДНК, и, согласно новому исследованию, они могут быть одной из причин возникновения шизофрении.
Шизофрения – это серьезное расстройство психики, характеризующееся эпизодами психотических состояний, отклонениями в мышлении и нарушениями в эмоциональной сфере. Причины развития этого заболевания до сих пор точно не установлены, хотя считается, что наследственность играет в нем значительную роль.
Ранее виновниками шизофрении называли и мутации в отдельный генах, и нарушения обмена нейромедиаторов, и различные психологические и социальные факторы — скажем, уровень урбанизации.
Новое исследование, проведенное канадскими учеными из Госпиталя для больных детей и Центра зависимостей и психического здоровья, продемонстрировало, что ДНК-повторы, находящиеся в разных областях генома, играют значительную роль в развитии шизофрении.
Существуют различные типы повторов ДНК, характеризующихся отличиями в последовательности и размере повторяющихся элементов. В рамках нового исследования авторы сосредоточились на тандемных повторах, где последовательности ДНК повторяются непосредственно одна за другой.
Тандемные повторы ДНК ведут себя очень своеобразно: они склонны к так называемым динамическим мутациям и экспансиям нуклеотидов. В этом случае из-за ошибок при копировании ДНК и других процессах число повторяющихся единиц резко возрастает и постепенно все больше увеличивается. Такие разрастающиеся повторы могут переходить по наследству и вызывать целый ряд генетических заболеваний. Среди них — более 50 болезней нервной системы, в том числе болезнь Хантингтона и различные спиноцеребеллярные атаксии.
Несмотря на это, вклад ДНК-тандемных повторов, в частности микросателлитов, в развитие психических заболеваний остаётся недостаточно исследованным. Для устранения этой лакуны доктор Райан Юэнь и его соавторы провели исследование.
«Наше исследование стало одним из первых, в котором удалось установить связь между встречающимися крайне редко экспансиями повторов и развитием шизофрении на уровне всего генома. Полученные нами данные указывают на то, что экспансии тандемных повторов являются значимым классом генетических изменений и влияют на вероятность развития шизофрении», — поделился ученый.
По мнению авторов, нуклеотидные экспансии приводят к нарушению работы нейронов и, соответственно, к сбою в передаче нервных импульсов в мозге.
Как правило, участки ДНК, подвергающиеся тандемному повторению, располагаются в тех областях генома, которые не участвуют в кодировании белков. Это обстоятельство значительно усложняет их исследование, и, как следствие, их функции нередко остаются невыясненными. В свежей статье, опубликованной в журнале Molecular Psychiatry, в качестве решения предложен новый вычислительный метод, созданный группой ученых под руководством доктора Юэня.
С его помощью исследователи провели поиск обширных участков расширения нуклеотидов в геномах 257 взрослых, страдающих шизофренией. Для каждого случая анализировалась полная последовательность ДНК, что составляет более трех миллиардов нуклеотидов – «букв генетического кода». В качестве контрольной группы были использованы геномы большого числа здоровых людей.
«В ходе проведенного исследования было установлено, что гены, содержащие расширенные тандемные повторы, соответствуют другим полученным результатам в данной области. Наша работа позволяет восполнить некоторые неясности и акцентирует внимание на значительной роли синапсов в развитии шизофрении, а также демонстрирует сложный характер влияния различных генетических вариаций на это заболевание», — заключил доктор Юэнь.
Ранее те же ученые уже изучали, как нестабильность тандемных повторов связана с расстройствами аутистического спектра (РАС).