Новый вычислительный инструмент, разработанный Pacific Biosciences, может с высокой точностью выявлять генетические мутации, вызывающие спинальную мышечную атрофию (СМА), и может помочь идентифицировать «скрытых носителей», которые не обнаруживаются текущими тестами, сообщается в новом исследовании.
Исследование “Comprehensive SMN1 and SMN2 profiling for spinal muscular atrophy analysis using long-read PacBio HiFi sequencing,” было опубликовано в журнале American Journal of Human Genetics.
СМА вызывается мутациями в гене SMN1, который обеспечивает инструкции по созданию белка SMN. Второй ген, называемый SMN2, имеет практически идентичную последовательность с SMN1, но из-за изменения одного нуклеотида (одного из строительных блоков ДНК) он производит гораздо меньше белка SMN — около 10% от общего количества.
И SMN1, и SMN2 находятся на хромосоме 5, и большинство людей наследуют две копии каждого, по одной от каждого родителя. Однако, человек может унаследовать дополнительные копии обоих генов. Дополнительные копии SMN2 обычно связаны с менее тяжелым течением заболевания, поскольку они могут частично компенсировать мутировавший SMN1.
Но дополнительные копии SMN1 могут усложнить генетическое тестирование СМА из-за так называемых «скрытых носителей» — людей с двумя здоровыми копиями SMN1 на одной копии хромосомы 5, но без рабочих версий гена на другой копии хромосомы.
Технически эти люди производят столько же белка SMN, сколько и здоровый человек без каких-либо мутаций SMN1. Но поскольку копия хромосомы 5 без какого-либо функционального SMN1 может быть передана их детям, они считаются носителями СМА.
Текущие генетические тесты не могут точно идентифицировать этих скрытых носителей, потому что они покажут только две здоровые копии SMN1 без дифференциации расположения хромосом. Скрытые носители особенно распространены среди африканцев, на их долю приходится более четверти африканских носителей СМА.
Единственный способ идентифицировать скрытых носителей — это анализ родословной, изучение закономерностей в генеалогическом древе. Конкретная генетическая вариация под названием g.27134T>G была предложена в качестве маркера двух копий SMN1 на одной и той же хромосоме, но она не очень чувствительна, поскольку также часто присутствует у людей с одной копией SMN1 на каждой хромосоме.
Поиск «скрытых носителей» СМА
Чтобы лучше идентифицировать скрытых носителей, исследовательская группа под руководством ученых из Pacific Biosciences разработала вычислительный инструмент под названием Paraphase для более подробного анализа SMN1 и SMN2 с использованием данных генетического секвенирования. В этих наборах данных генетический код человека представлен небольшими участками, известными как «reads» (чтения).
Алгоритм выравнивает считывания с последовательностью либо SMN1, либо SMN2 с учетом конкретных данных, чтобы определить разницу между этими двумя генами и идентифицировать вызывающие СМА мутации в SMN1. Программа также предсказывает количество копий этих генов на основе подсчетов количества прочтений, соответствующих каждой последовательности.
Исследователи проанализировали генетические данные 438 человек из пяти этнических групп. Большинство из них было европейского происхождения, но были также данные от смешанных групп американцев, африканцев, южной и восточной азии.
Paraphase может идентифицировать с точностью более 99% для каждого гена количество копий SMN1 и SMN2. Кроме того, все пациенты и носители СМА были правильно идентифицированы алгоритмом, без ложноотрицательных или ложноположительных результатов.
Объединение гаплотипа, данных родословных
Поскольку определяются последовательности генов SMN1 и SMN2, алгоритм может также идентифицировать их гаплотипы — набор тесно связанных участков ДНК, которые, как правило, наследуются вместе.
Данные гаплотипа были объединены с данными родословной для поиска маркеров двух копий SMN1 на одной и той же хромосоме с особым вниманием к африканским популяциям, где эта вариация наиболее распространена.
Результаты показали, что определенная комбинация гаплотипов, получившая название S1-8+S1-9d, была обнаружена на двух третях (21 из 31) хромосом с двумя копиями SMN1 у африканских пациентов. Эти гаплотипы редко присутствовали, когда была только одна копия SMN1. «Мы определили общий двухкопийный аллель SMN1, который составляет 67,7% двухкопийных аллелей SMN1 у африканцев», — пишут исследователи.
Принимая во внимание известную распространенность хромосом без какого-либо функционального SMN1, это означает, что вероятность того, что африканец, несущий гаплотип S1-8+S1-9d, является скрытым носителем, составляет около 88%.
Гаплотип заметно превосходил маркер g.27134T>G при идентификации двойных копий SMN1, поскольку у лиц с этим маркером риск быть скрытыми носителями составляет всего около 3%.
«Основываясь на нашей ограниченной выборке из 87 африканских аллелей, мы оцениваем, что положительный результат теста на эти два гаплотипа у человека с двумя копиями SMN1 дает риск скрытого носительства 88,5%, что значительно выше, чем ранее обнаруженный маркер [вариант] g. .27134T>G», — сказали исследователи, отметив, что их исследование ограничено относительно небольшим количеством образцов, особенно для неевропейского населения и что необходимы дополнительные исследования, чтобы подтвердить эти результаты.
«В течение многих лет исследователи знали, что SMN1 и SMN2 играют роль в возникновении и тяжести СМА, но не могли точно ответить, почему и как у людей развиваются более или менее тяжелые формы заболевания», — пишет Pacific Biosciences .
«С Paraphase теперь есть возможность ответить на некоторые из этих давних вопросов и обеспечить более точный скрининг носителей».
Автор: Marisa Wexler, MS , перевод и адаптация выполнены для сайта фонда «Семьи СМА»
