Группа NIH впервые столкнулась с пациентом с синдромом примерно 10 лет назад. Пациентка, которой тогда было 3 года, испытала лихорадку, кожную сыпь и инсульты, в результате которых она стала инвалидом.
Поскольку в анамнезе не было аналогичного заболевания в семье, группа NIH сначала не заподозрила генетическую причину и лечила пациента иммуносупрессивными препаратами. Однако, когда команда NIH два года назад обследовала второго пациента с аналогичными симптомами – ребенка, у которого к шестому дню рождения были рецидивы лихорадки и шесть инсультов, – они начали подозревать общую генетическую причину и предприняли медицинскую одиссею, которая привела не только к диагнозу, но и к фундаментальному новому пониманию болезни кровеносных сосудов.
В их исследовании, опубликованном в феврале. 19 августа 2014 г., в продвинутом онлайн-выпуске Медицинского журнала Новой Англии, исследователи описывают, как секвенирование генома следующего поколения, доступное только недавно, облегчило молекулярную диагностику для пациентов в их исследовании.
Исследователи обнаружили, что вредные варианты в гене CECR1 препятствуют выработке белка, жизненно важного для целостности здоровых стенок кровеносных сосудов.
«Это открытие – еще один пример того, как секвенирование генома играет центральную роль в выявлении геномной основы важного редкого заболевания», – сказал Эрик Д. Зеленая, M.D., Ph.D., директор Национального института исследования генома человека (NHGRI), где базируются ведущие члены исследовательской группы. "Такие исследования показывают, как геномика прокладывает путь к улучшению здоровья человека."
Исследователи показали, что ошибочные варианты в ДНК их пациентов, которые кодируют ген CECR1, вызывают потерю функции способности гена вырабатывать фермент под названием аденозиндезаминаза 2 (ADA2). Без него возникают аномалии и воспаление стенок кровеносных сосудов.
Исследователи называют новый синдром дефицитом ADA2 или DADA2. Фермент ADA2 химически похож на фермент ADA1, дефицит которого приводит к тяжелому комбинированному иммунодефицитному заболеванию.
Научный директор NHGRI Дэниел Кастнер, M.D., Ph.D., возглавил команду сотрудников из NIH и не только в организации исследования девяти пациентов. «Было невероятно фантастично видеть такой прогресс, достигнутый за последнее десятилетие», – сказал он. «Наше исследование указывает на возможность того, что путь ADA2 может способствовать предрасположенности к инсульту среди населения в целом."
У детей, как и у взрослых, инсульт может повлиять на физическое, когнитивное и эмоциональное функционирование. Некоторые исходы, такие как слепота и глухота, могут быть длительными; другие, такие как способность ходить, можно заново научить.
«В то время как в семьях, обратившихся в нашу клинику, не было других случаев заболевания этим заболеванием, ранний возраст его проявления подсказал нам, что пациенты родились с генетическим заболеванием», – сказал доктор. Кастнер сказал. «Мы использовали полный экзомный скрининг, чтобы найти генетические варианты у каждого из пациентов."
Секвенирование всего экзома определяет порядок оснований ДНК для 1 процента генома человека, который кодирует белки. Цин Чжоу, доктор философии., постдокторант в докторантуре. Лаборатория Кастнера методически проанализировала экзомы двух пациентов, а также экзомы их родителей. Среди сотен вариантов, которые отличали каждого пациента от его родителей, они обнаружили два новых или редких варианта в гене CECR1, который кодирует ADA2.
Эти варианты были переданы от обоих родителей пострадавшему ребенку. Последовательность всего экзома третьего пациента выявила еще один вредный вариант CECR1 в дополнение к небольшой геномной делеции, которая отключает вторую копию гена.
Им требовалось только считывание последовательности этого единственного гена, чтобы подтвердить, что трое других пациентов были затронуты вредными вариантами этого гена. Три из восьми вредных вариантов, которые устраняют белок ADA2, были общими для первых шести пациентов.
Команда впоследствии секвенировала ген CECR1 у трех дополнительных пациентов из Турции, у которых были некоторые симптомы нового синдрома.
Они обнаружили, что гомозиготная пара – двойная доза другого варианта – из пары, обнаруженной у первых шести пациентов, вызывает заболевание, называемое узелковым полиартериитом (PAN). PAN – это форма васкулита, воспаления средних и мелких артерий, которое приводит к боли, сыпи, онемению, слабости и повреждению жизненно важных органов. PAN может вызвать почечную недостаточность, сердечный приступ и инсульт.
«Теперь мы знаем, что эта мутация существует на Ближнем Востоке и в популяциях Пакистана, и что она не такая уж редкость», – сказала Ивона Аксентиевич, М.D., старший автор и научный сотрудник отдела воспалительных заболеваний NHGRI. Израильские исследователи, исследование которых одновременно опубликовано в журнале, обнаружили ту же мутацию в CECR1, что и пациенты NIH с PAN.
Пациенты в израильском исследовании происходят из семей, эмигрировавших в Израиль из Грузии. "Это первый случай, когда был обнаружен единственный ген, который участвует в возникновении общесистемной формы васкулита."Доктор. Аксентиевич сказал.
Исследователи обнаружили данные исследования взрослых пациентов, показывающие, что те, у кого есть только одна мутация в этом гене, могут иметь предрасположенность к развитию инсульта у взрослых.
Они также вызвали дефицит ADA2 на животной модели рыбок данио. Они обнаружили, что эмбрионы рыбок данио, которые производят меньше ADA2, чем нормальные эмбрионы, имеют церебральные кровотечения, подобные тем, которые наблюдаются у некоторых детей с дефицитом ADA2. Основная роль белка ADA2 – это фактор роста.
Данные модели рыбок данио предполагают, что этот фактор роста играет роль в развитии кровеносных сосудов.
Члены исследовательской группы под руководством Manfred Boehm, M.D., старший исследователь Национального института сердца, легких и крови установил связь между дефицитом ADA2 и воспалительным заболеванием кровеносных сосудов у пациентов. Дэн Ян, м.D., Ph.D., научный сотрудник в Dr.
Лаборатория Бема обнаружила, что дефицит ADA2 вызывает неправильную функцию в подмножестве белых кровяных телец, называемых моноцитами / макрофагами. Неисправные моноциты / макрофаги атакуют собственные кровеносные сосуды пациента, что приводит к порочному кругу повреждения сосудов и воспалению, что приводит к инсульту и другим проблемам, связанным с кровеносными сосудами.
Открытие молекулярной основы DADA2 имеет лечебные последствия. В качестве альтернативы высоким дозам стероидов, которые вызывают серьезные побочные эффекты, исследование предполагает, что лечение может включать специализированные препараты, которые ингибируют воспалительные белки, вырабатываемые во время синдрома. Кроме того, поскольку ADA2 вырабатывается в костном мозге и циркулирует в кровотоке, команда исследует способ замены ADA2, который отсутствует в кровотоке тех, кто пострадал от DADA2. Исследователи получили одобрение Управления по контролю за продуктами и лекарствами для проверки безопасности и эффективности использования свежезамороженной плазмы для восстановления функциональности ADA2 у пролеченных пациентов.
В качестве альтернативы может помочь искусственная форма белка, но в настоящее время она не разрабатывается. Трансплантация костного мозга или генетические манипуляции с костным мозгом также могут иметь значение в лечении этих пациентов.
«Это исследование секвенирования генома расширяет то, что ранее было известно о сосудистой биологии, и действительно приятно находиться среди двух лабораторий, использующих технологию секвенирования генома следующего поколения, чтобы прийти к дополнительным выводам о функциональности одного и того же гена», – сказал доктор. Кастнер. «Роль ADA2 в таком серьезном заболевании человека важна и предполагает, что варианты ADA2 могут способствовать другим более распространенным заболеваниям."