Osteoporoza: nowe narzędzia pomagają wskazać potencjalne geny ryzyka
Połączenie potężnych narzędzi pomogło naukowcom zidentyfikować dwa nowe geny, które mogą przyczyniać się do osteoporozy poprzez ich wpływ na gęstość kości. Odkrycie może doprowadzić do lepszych metod leczenia choroby osłabiającej kości.
Badanie przeprowadzone przez naukowców ze Szpitala Dziecięcego w Filadelfii (CHOP) w Pensylwanii podkreśla znaczenie zrozumienia geografii 3D genomu w lokalizowaniu genów powodujących chorobę.
Zespół zwraca uwagę, że identyfikacja wariantów DNA lub różnic stojących za chorobami niekoniecznie wystarczy do zlokalizowania genów, które powodują chorobę. Na przykład warianty mogą być wyzwalaczami genów w innych częściach genomu.
W artykule, który znajduje się teraz w czasopiśmie Nature Communications, naukowcy opisują, w jaki sposób badali geografię 3D DNA w komórkach tworzących kości, aby zlokalizować geny, które mogą wpływać na gęstość mineralną kości.
Sugerują, że ich metody mogą również pomóc w badaniu innych chorób genetycznych, w tym chorób dziecięcych.
„Geografia genomu nie jest liniowa” - mówi współautor badania, dr Struan F. A. Grant, który jest dyrektorem Centrum Genomiki Przestrzennej i Funkcjonalnej w CHOP.
„Ponieważ DNA jest zwinięte w chromosomy”, wyjaśnia, „części genomu mogą wejść w fizyczny kontakt, umożliwiając kluczowe biologiczne interakcje, które wpływają na ekspresję genu. Dlatego badamy trójwymiarową strukturę genomu ”.
Osteoporoza i genom
Osteoporoza to choroba, która stopniowo osłabia kości i zwiększa ryzyko złamań, zwłaszcza nadgarstka, kręgosłupa i biodra.
Tkanka kostna jest żywa i nieustannie dodaje nową kość i usuwa starą kość. W dzieciństwie proces ten sprzyja tworzeniu się nowej tkanki, dzięki czemu kości rosną i stają się silniejsze.
Jednak wraz z wiekiem szczyt tworzenia się kości rośnie, a następnie pozostaje coraz bardziej w tyle za usunięciem kości, w wyniku czego kości stają się coraz mniej gęste i słabsze.
National Institutes of Health (NIH) szacuje, że w Stanach Zjednoczonych jest już ponad 53 miliony ludzi, którzy już mają osteoporozę lub są w grupie wysokiego ryzyka jej rozwoju z powodu niskiej gęstości mineralnej kości.
Naukowcy odkryli ludzki genom ponad 10 lat temu. Od tego czasu w wielu badaniach asocjacyjnych całego genomu (GWAS) zidentyfikowano warianty lub sekwencje bloków budulcowych w DNA, które są częstsze u osób z określonymi chorobami.
W swoim artykule badawczym dr Grant i jego współpracownicy stwierdzili, że osteoporoza ma „zasadniczy składnik genetyczny”.
Jednak dalej wyjaśniają, że chociaż GWAS odkrył warianty DNA, które są „silnie związane z gęstością mineralną kości”, nie jest to to samo, co znalezienie genów, które faktycznie kontrolują proces tworzenia kości.
3D „mapowanie wariant-gen”
Tak więc celem ich badań było wykorzystanie lokalizacji wariantów gęstości mineralnej kości uzyskanych z GWAS w trójwymiarowym ćwiczeniu „mapowania wariant-gen” w ludzkich osteoblastach, czyli komórkach tworzących nową kość.
Ćwiczenie to obejmowało analizę geografii 3D ciasno pofałdowanego i upakowanego DNA w chromosomach. Korzystając ze specjalnej techniki „genomiki przestrzennej”, zespół był w stanie zmapować „interakcje całego genomu” między wariantami gęstości mineralnej kości pochodzącymi z GWAS a resztą genomu.
Robiąc to, zaobserwowali „spójne kontakty” z potencjalnymi genami przyczynowymi z około 17% badanych przez siebie 273 miejsc gęstości mineralnej kości pochodzącej z GWAS.
Doprowadziło to do identyfikacji dwóch nowych genów o potencjalnej „roli sprawczej” w osteoporozie: ING3 i EPDR1. Zespół potwierdził silną rolę genów, wykazując, że wyciszenie ich powstrzymuje osteoblasty przed formowaniem się nowej kości.
Naukowcy zauważają, że oprócz tych może istnieć więcej „genów sprawczych”. Wskazują jednak również, że wariant, do którego prowadzi link ING3 silnie wiąże się z gęstością kości nadgarstka, która jest najczęstszym „miejscem złamania u dzieci”.
Sugerują, że dalsze badania szlaków biologicznych obejmują ING3 może prowadzić do nowych metod leczenia wzmacniających kości i zapobiegających złamaniom.
On i jego zespół współpracują już z innymi grupami w CHOP i innych instytucjach nad stworzeniem „atlasów” wariantu do genu dla innych typów komórek. Powinny one okazać się cenne dla rozwoju nowych metod leczenia wielu chorób, w tym „nowotworów dziecięcych, cukrzycy i tocznia” - mówi dr Grant.
„Zidentyfikowaliśmy dwa nowe geny, które wpływają na komórki kościotwórcze istotne dla złamań i osteoporozy. Ponadto metody badawcze, których użyliśmy, mogłyby być szerzej stosowane w przypadku innych chorób z elementem genetycznym ”.
Struan F. A. Grant Ph.D.
