описание

Расстройства аутистического спектра (РАС) характеризуются нарушениями различной степени
тяжести в таких ключевых доменах, как социальное взаимодействие, речь и язык,
коммуникативные навыки, двигательные навыки и круг интересов и относятся к
распространенным нарушениям развития нервной системы (по данным ВОЗ в среднем по миру
один из 160 детей и по данным Центра по контролю и профилактике заболеваний США—один из
68 детей; по России данных о распространенности РАС нет). В первые годы жизни у 20-30%
детей с РАС отмечается увеличение темпов роста окружности головы (ОГ) и объема мозга
(Davidovitch, Patterson, & Gartside, 1996; Miles, Hadden, Takahashi, & Hillman, 2000; Woodhouse et
al., 1996). Такая аномальная картина роста, сопровождаемая нарушениями развития языка и речи
и низкими клиническими показателями развития, предполагает под собой основную
патологическую характеристику расстройства. Считается, что в основе аберрантного роста мозга
при РАС лежат два основных процесса: (1) несбалансированное увеличение количества нейронов
из-за нерегулируемых процессов обратной связи при нейрогенезe и пролиферации клеток-
предшественниц (Courchesne et al., 2007), что приводит к изменениям объема как серого, так и
белого вещества ГМ, и (2) снижение синаптического прунинга, или удаления избыточных
нейронных связей (Schmitz & Rezaie, 2008), что приводит к увеличению толщины коры и объема
серого вещества.
Основная цель предлагаемого проекта – исследовать особенности клеточных, молекулярных и
генетических процессов у детей, характеризуемых выраженными симтомами РАС, включая
увеличение размера мозга, в контекстах понимания этиологии данного расстройства развития и
перспективы дальнейшей разработки новых диагностических и прогностических биомаркеров,
методов фармацевтической и психологической интервенции для пациентов с РАС (Vaccarino,
Grigorenko, Smith, & Stevens, 2009; Vaccarino et al., 2011).
Основными задачами исследования является создание пула междисциплинарных
данных о выборке детей из когорты детей с РАС, формирование которой будет осуществляться с
помощью благотворительного фонда «Выход» (outfund.ru), занимающегося решением проблем
аутизма в России, и комплексный многомерный анализ этих данных. В ходе выполнения проекта
предполагается: (1) популяционный скрининг репрезентативной выборки детей в возр асте 3-7
лет, проживающих в Ст. Петербурге; (2) формирование группы участников проекта (n=20, см.
ниже) и их комплексная клиническая и поведенческая оценка со специальным фокусом на
характеристики развития языка и речи; (3) исследование анатомических и функциональных
особенностей (эндофенотипов) ГМ участников проекта (n=20), с использованием методов
магнитно-резонансной томографии (МРТ) и электроэнцефалографии (ЭЭГ); (4) полногеномное
исследование паттернов экспрессии генов в развивающихся нейронах, полученных с помощью
модели in vitro, с параллельным анализом структурных вариантов генома у детей с РАС.








основные результаты по этапу (подробно)

Был проведен скрининг вариантов кодирующего контента генома на представительной когорте из 189 детей в возрасте 3-10 лет, имеющих в анамнезе диагноз Расстройство аутистического спектра (РАС), поставленный врачем-психиатром. Основной целью скрининга являлось установление популяционно- специфических (или наиболее распространенных) геномных вариантов у российских детей с РАС. Таковые, при дальнейшей проверке их патогенности и возможного каузативного эффекта на фенотип, могли бы являться основой для разработки генетических маркеров РАС, с одной стороны, и основой для моделирования индуцированных данными вариантами нарушений в полногеномных профилях экспрессии генов в тканях ЦНС при РАС. Полноэкзомное обследование детей осуществлялось на основе платформы Illumina TruSeq Exome. На данном этапе завершен предварительный анализ данных, для которого использовались стандартные методы приоритезирования мутаций на основе аннотирования в публичные банки данных и фильтрации геномных вариантов на основе их распространенности, патогенности (на основе интегративного алгоритма предсказания вредности мутаций CADD; https://cadd.gs.washington.edu). Анализ проводился (1) в контексте известных на сегодня генных нарушений, ассоциированных с РАС—на основе материалов банка данных SFARI (https://www.sfari.org/), и (2) в контексте распространенности выявленных в когорте детей с РАС вариантов генома в генеральной популяции—на основе популяционных данных БД ExAC (http://exac.broadinstitute.org/) и gnomAD (https://gnomad.broadinstitute.org/) о частотах альтернативных вариантов в европейском населении (финского и нефинского происхождения как они представлены в соответствующих БД); рассматривались редкие варианты (MAF < 0.05). (1) Было показано, что исследованная когорта характеризуется высокой нагрузкой патогенных мутаций в генах, известных в ассоциации с РАС. Так, в индивидуальных геномах детей были обнаружены от 1 до 19 патогенных мутаций в гомозиготном состоянии в 319 из 830 генов, на сегодня достаточно надежно ассоциированных с РАС (см. SFARI; Human Gene Module). (2) Были выявлены редкие в генеральной популяции варианты, но распространенные с чрезвычайно высокой частотой в когорте российских детей с РАС—q = 0.25, т.е. каждый четвертый обследованный ребенок являлся носителем данной мутации. Всего таких вариантов было выявлено 596 в 220 генах, из них только 12 генов были ранее отмечены в ассоциации с РАС (см. Рис. 1 Приложения). При этом, среди 220 выявленных генов в наибольшей степени представлены таковые, вовлеченные в иммунный ответ, включая гены основного комплекса гистосовместимости HLA, как это показывает приоритезация генов в контексте фенотипа (Рис. 2 Приложения) и в контексте обогащенности генной сети функциональными группами (Рис. 3 Приложения). Это в высокой степени соответствует достаточно известному и многократно подтвержденному в литературе наблюдению о том, что структурные нарушения в иммунных генах и нарушения в системах их регуляции в высокой степени вовлечены в РАС (McAllister, 2017; Meltzer & Van de Water, 2017; Michel, Schmidt, & Mirnics, 2012). (3) Было проведено фенотип-децентрированное исследование 220 генов, несущих редкие в генеральной популяции и распространенные в исследованной когорте мутации, в контексте их функциональной значимости для развития ЦНС, а именно кластеризация генов в терминах соответствующих генных онтологий (GO; http://geneontology.org/). Обнаружено 16 таких генов, относящихся к GO, связанных с развитием головного мозга (Таблица 1 Приложения). При этом один из них – GPRIN2 (G Protein- Regulated Inducer Of Neurite Outgrowth 2) имеет на порядок величины большее количество мутаций (n = 16) по сравнению с остальными (n = 1-2), при достаточно небольшой длине гена в 12985 нуклеотидов [chr10:46,543,963- 46,556,947(GRCh38/hg38)]. GPRIN2 ранее не отмечался в ассоциации с РАС, этот ген- кандидат является новым для мирового поля исследования генетики аутизма. В исследованной когорте значительно преобладают альтернативные варианты, при этом ни один из них не отмечен в опубликованных популяционных БД (Рис. 4 Приложения). Функции GPRIN2 недостаточно хорошо изучены, однако, предполагается, что он может быть вовлечен в рост нейритов — отростков аксонов. Как следствие, его вовлеченность в РАС может быть обоснованно предположена. Данная находка рассматривается как предварительная, требующая независимой валидации, как подтверждения мутаций альтернативными методами геномного анализа (целевое секвенирование, либо ПЦР), так и дополнительной аннотации вариантов к более популяционно- специфической контрольной когорте из российской генеральной популяции. Последнее предполагается осуществить с помощью коллаборации с научными коллективами РФ, проводящими полногеномный анализ популяционных данных населения России. В контексте реализуемого проекта, нацеленного на реконструкцию полногеномных профилей экспрессии генов в тканях ЦНС при аутизме, предполагаемых к изучению на основе нейрональных моделей in vitro был проведен анализ выявленных 220 генов с точки зрения их значимости для регуляции транскрипции. С этой целью было проведено аннотирование этих генов к соответствующей генной онтологии – GO: GO:0006355:regulation of transcription, DNA-templated. Было выявлено 33 таких гена (полный список представлен на Рис. 5 Приложения), два из которых– ATRX и SETBP1, являются известными кандидатами, ассоциированными с РАС. Полученные данные будут использованы для выбора индивидов на забор ткани для нейрональных моделей, при котором приоритет будет отдаваться геномам со специфическими для российской популяции РАС генетическими вариантами генов-кандидатов РАС и генов, контролирующих регуляторные каскады экспрессии.
Краткое название__
АкронимRFBR_topic_2017 - 2
СтатусЗавершено
Эффективные даты начала/конца2/11/1830/10/19

    Области исследований

  • Расстройства аутистического спектра, индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, биоинформатика, геномика, клеточные модели, РНК, ДНК, секвенирование, МРТ, ЭЭГ, нейрокартирование, нейроимиджинг, диагностика, превалентность, РАС

ID: 40039411