Гены шизофрении и депрессии: разгадка близко
О генетических изолятах и японской науке
Марина Муравьёва, STRF.ru
Учёные из Института общей генетики им. Вавилова РАН близки к определению генов, ответственных за развитие шизофрении и депрессии. В течение последнего года исследования проводились в Японии: руководитель проекта Казима Булаева работала в качестве приглашённого профессора.
(Булаева Казима Багдадовна, руководитель группы генетической адаптации человека Института общей генетики им. Н.И. Вавилова РАН, доктор биологических наук, член международного комитета по социальным, правовым и этическим проблемам генетико-эпидемиологических исследований (ELSI, IGES), избранный член Дагестанской Национальной Академии Наук.)
К 2020 году депрессия выйдет на первое место среди самых распространённых заболеваний мира, обогнав сегодняшних лидеров – инфекционные и сердечно-сосудистые болезни. Такие неутешительные прогнозы делает ВОЗ. Уже сейчас более половины всех самоубийств на планете совершают люди, находящиеся в депрессии. Как бороться с недугом XXI века, думают многие специалисты, в том числе и генетики.
Проблема в том, что психические, как впрочем, и остальные комплексные заболевания (онкологические, соматические и т. д.) развиваются не только в результате генетических нарушений, но и под воздействием внешних факторов. Например, депрессия лишь на 40–45 процентов определяется наследственностью. Чтобы по максимуму устранить влияние среды при определении природы болезни, в группе генетической адаптации человека ИОГена РАН под руководством Казимы Булаевой ещё в середине 1970-х годов предложили принципиально новый подход – популяционный.
Для его реализации в качестве объекта исследования были выбраны т. н. изоляты Дагестана: в этой горной местности уже более 10 тысяч лет проживают около 30 коренных народов. Древность демографической истории и моноэтничность изолятов снижает средовые «помехи» и позволяет в относительно «чистом» виде выявлять роль генетических факторов в развитии мультифакторных заболеваний, в частности, шизофрении и депрессии (см. статью «1000 лет одиночества в помощь генетикам»).
К разработанному в группе Казимы Булаевой подходу в поиске генов болезней уже давно проявляют интерес зарубежные коллеги. Например, с середины 1990-х годов проводятся совместные исследования с американскими учёными. Идея универсальная, методологический подход может применяться в разных странах, где есть изоляты. Перспективность этих исследований оценили и японские учёные из университета Хиросимы, поэтому в прошлом году предложили Казиме Булаевой сотрудничество.
Изоляты Кавказа довели до Японии
«В японской науке проводится политика «открытых дверей», – говорит Казима Булаева. – Долгие годы страна находилась в изоляции, поэтому сейчас большое внимание уделяется укреплению международных связей, осуществляются различные программы, в том числе по обмену с зарубежными учёными и проведению совместных исследований. Думаю, это правильно. Как говорил Луи Пастер, наука не имеет границ, «не знает страны».
В Японии отбирают наиболее достойных, состоявшихся в своей области учёных, которые интересны для развития того или иного научного направления. Участие Казимы Булаевой проходило по линии биомедицинских исследований в Международном центре радиационной информации и в Институте радиационной биологии и медицины при университете Хиросимы.
(Международный центр радиационной информации при университете Хиросимы – International Radiation Information Center, University of Hiroshima – был реорганизован в 1994 году и вместе с Институтом радиационной биологии и медицины университета стал заниматься сбором и анализом информации о последствиях радиационных поражений населения. Результаты этих исследований размещаются в открытом доступе и доступны для учёных всего мира. Кроме того, в университете проводят большую работу по расширению совместных с Японией международных научных проектов, проведению общих конференций и симпозиумов.)
Из русских исследователей она оказалась там второй. И хотя основное направление исследований в научных центрах связано с онкологией, однако на одной проблеме японцы не замыкаются. Большое внимание, особенно в последние годы, уделяют и другим заболеваниям, в том числе психическим. У онкологических больных часто возникают тяжкие депрессивные состояния, что отрицательно влияет на ход лечения. К тому же японцы понимают, что нужно использовать новые методы научных исследований, новые подходы в изучении генетики комплексных заболеваний. До сих пор ещё неизвестны гены, которые ответственны за развитие многих из этих болезней.
«Японских медицинских генетиков заинтересовал наш популяционный подход, реализуемый в изолятах с применением одних и тех же клинических и генетических методов, – говорит Казима Булаева. – Изоляты – малые популяции (сообщества, поселения) человека, которые проживают в труднодоступных высокогорных местах или отдалённых северных районах, пустынях и т. д. Географические барьеры, как правило, приводят к брачной изоляции. Такие внутрипопуляционные браки через несколько поколений становятся родственными. Это позволяет изучать разные изоляты с накоплением определённых заболеваний. В результате из-за того, что родоначальники могут иметь лишь часть генов, участвующих в развитии комплексного заболевания, то и у современных больных из таких изолятов „гуляют“ одни и те же гены. Сравнение разных изолятов с агрегацией одного и того же заболевания позволяет определить весь спектр генов, вовлечённых в детерминацию заболевания. Такой подход позволил нам установить ряд важных фактов в идентификации генов шизофрении и депрессии, которые освещены в совместных с американскими коллегами статьях в American J. Med.Genet/Neuropsychiatric Genetics (US), J.Genomics (UK), Psychiatric Genetics (US) и других журналах».
У японцев есть свои изоляты, и родственные браки являлись до недавних пор традиционными, особенно в отдалённых горных сёлах. Но дело не только в этом. Изоляты можно рассматривать в качестве модели, которая позволяет достаточно легко и экономно картировать, то есть идентифицировать (локализовать) гены заболеваний.
Хорошие условия в обмен на знания
Для приглашённых профессоров японцы создают отличные условия: начиная от бытовых – предоставляют комфортные квартиры, офисы в институте, социальный пакет с медицинской страховкой для лечения и приобретения лекарств, и заканчивая превосходной организацией научной работы, в том числе оплату всех командировочных расходов и затраты на необходимое для исследований оборудование. Кстати, менеджмент в японских институтах, по словам Казимы Булаевой, достоин отдельных комплиментов. Его задача, в конечном счёте, сводится к обеспечению всех потребностей учёного и в создании благоприятной и доброжелательной атмосферы. (Так, в первую неделю после приезда приглашённых ученых, прибывших из России, Китая, Новой Зеландии и Индии, администрация устроила для них банкет. А перед отъездом их пригласили на заседание Ученого Совета университета и попросили рассказать о полученных научных результатах и общем впечатлении от работы в Японии.)
У японских учёных не «болит голова» ни о ремонте, ни о доставке оборудования, ни о других текущих проблемах. Лабораторные помещения отлично оснащены, ослепительно чисты. Все оргвопросы оперативно решаются администрацией. Администрация института максимально полно выполняет и функции по патентованию, продвижению научных разработок. Кроме того, обеспечивает своевременное распространение информации о новых грантах и условиях их получения, зарубежных и межинститутских стажировках для повышения квалификации исследователей. Помимо удобства работы серьёзным стимулом для учёных является и материальная сторона. Зарплаты достаточно высоки и сопоставимы с уровнем дохода американских учёных. Поэтому в Японии исследователи заинтересованы в работе, в получении научных результатов, публикациях в престижных журналах. И работать «на полную катушку».
«Для меня, как трудоголика, такие условия работы были привычными, а вот моментальное решение различных научно-организационных и технических проблем, – явно необычным и непохожим на российскую научную действительность явлением, – говорит Казима Булаева. – Все приглашённые иностранные профессора очень быстро адаптируются к таким условиям, а японцы стараются по максимуму использовать их знания. Меня приглашали с докладами в Институт мозга в Осаку, на заседания двух советов университета Хиросимы. По просьбе исследователей этого университета я обучала их методам анализа геномных сцеплений с комплексными заболеваниями».
Во многом система образования и науки Японии напоминает американскую, отмечает Булаева. В послевоенном восстановлении Хиросимы огромную роль сыграли США. Это чувствуется. Хотя английский там мало кто знает. Из-за языкового барьера было трудно наладить общение. «Если требовалось что-то обсудить, то я писала письмо на английском (язык знаю хорошо: пять лет проработала в США), они переводили этот текст на японский, потом писали ответ, переводили в интернете на английский и посылали мне, – рассказывает Казима Булаева. – Часто эти переводы оказывались настолько странными и даже забавными, что было трудно понять, что же на самом деле они хотели сказать. Но к счастью, в генетике много английских терминов, а математические формулы для генетического анализа понятны специалистам всех стран. Поэтому в целом как-то умудрялись друг друга понимать».
На внутригенном уровне
В японском научном центре Казима Булаева продолжала свои исследования: удалось полностью проверить две родословные дагестанских изолятов по депрессии и три по шизофрении из пяти генетических изолятов с накоплением этих заболеваний. Используя родословные, которые Булаева научилась составлять вплоть до 13–14 поколения, можно устанавливать геномные участки, сцепленные с изучаемыми заболеваниями.
«В Японии шикарные технические возможности, мощнейшие компьютеры, поэтому удалось значительно продвинуться в изучении генов болезней, – отмечает Казима Булаева. – В первые же месяцы моего пребывания там было типировано около 500 000 одиночных нуклеотидов (SNP) у каждого члена родословных».
Типирование SNP’ов в современных геномных исследованиях человека является доминантной технологией. В геноме человека содержится около 10 миллионов SNP’ов, что открывает невероятную по масштабам возможность проникнуть глубоко в геном человека. Большинство из них не влияют на здоровье человека и изменения в нити ДНК происходят вне генов. Поэтому их можно использовать как геномные маркёры при поиске генов заболеваний. Если же изменение в нуклеотидах происходят внутри или близко к регуляторному региону гена, то SNP может иметь прямое отношение к функционированию гена подверженности изучаемому заболеванию.
При поисках генов заболеваний обычно используют 300–400 микросателлитов, сканированных по всему геному. При анализе исследователи пытаются найти их сцепления с конкретными заболеваниями в родословных или в группах больных, в сравнении со здоровыми. Это делается с помощью специальной компьютерной программы расчётов таких геномных сцеплений. При анализе каждая родословная «прокручивается» по каждой из 23 хромосом человека.
«Учитывая обширность наших родословных – 300–700 человек 13–14 поколений, собранных в 15 генетических изолятах Дагестана, можно представить объём научных исследований, – говорит Казима Булаева. – При этом анализ одной такой родословной по одной самой большой по размеру – первой хромосоме (30 маркёров ДНК) по программе поиска геномных сцеплений занимает в группе ИОГен РАН более трёх недель работы компьютера в непрерывном режиме. А в Японии тот же анализ я могла сделать на их мощных компьютерных системах в течение 3–4 часов!».
Например, были проанализированы 22 хромосомы на наличие геномного сцепления с депрессией в родословных, восстановленных в двух высокогорных изолятах Кавказа с высокой частотой больных депрессией (за 20 лет в этих изолятах произошло 11–12 суицидов). Интересно, что в соседних сёлах не произошло ни одного суицида и не зарегистрированы больные с депрессией. В двух указанных изолятах выявлены геномные регионы, сцепленные с этими состояниями. Внутри сцепленных регионов обнаружили нарушения числа копий – делеции (потери) или дупликации (удвоение) участков ДНК. Установили 3 геномных региона с потерей гетерозиготности, характерной только для этих больных, и отсутствующие у всех здоровых. Теперь совместно с зарубежными коллегами можно будет определить, какие именно гены ответственны за развитие изучаемого заболевания.
От психиатрии к неврологии
«Данные, полученные в ходе типирования SNP’ов у членов родословных, позволяют идентифицировать молекулярные мутации в сцеплённом геномном регионе или определять потерю гетерозиготности, – говорит Казима Булаева. – Возможно, что в структуре данного гена есть аллели, которые находятся в рецессивном состоянии, поэтому вызывают потерю гетерозиготности и, человек болеет. А у другого гетерозиготность не потеряна, но он является курьером-носителем данного заболевания без внешних проявлений патологий. Мы практически уже идентифицируем гены этих заболеваний. Причём в этнически подразделённых популяциях. Это очень впечатляюще: разные изоляты демонстрируют одну и ту же картину геномных сцеплений с микросателлитами, более «грубыми» геномными маркёрами, сканированными по 10 сМ. А далее при углублении в геном – изучении SNP’ов эти межпопуляционные различия или сходства подтверждаются или обнаруживают другие особенности. Такой подход позволяет нам идентифицировать весь спектр генов, вовлечённых в детерминацию конкретного комплексного заболевания, которое мы изучаем".
Эта методология может применяться не только при выявлении генов шизофрении или депрессии. Например, японцы хотят использовать её при изучении неврологических заболеваний. По словам Казимы Булаевой, чрезвычайно важно установить, как одни и те же заболевания проявляются в разных расово-этнических группах, какие общие и различающиеся гены в этих группах участвуют в детерминации заболеваний. Это уже задача другого уровня, но весьма интересная.
По итогам годовой работы в Японии Казима Булаева с коллегами подготовили три статьи, сейчас работают над четвёртой. Планируется, что они будут опубликованы в престижных зарубежных журналах.
Кроме того, Казима Булаева собирается продолжать работу по типированию SNP’ов в родословных из всех обследованных дагестанских изолятов. Из 15 обширных родословных протипированы пока 4. Остальные родословные находятся на стадии подготовки к такому типированию в рамках совместных исследований с американскими коллегами. К осени учёные надеются получить у каждого человека до 640 000 SNP’ов. После чего нужно будет проанализировать полученный колоссальный по масштабам и научной значимости материал.
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru/
16.06.2009