Cercetătorii au realizat o hartă detaliată a modului în care variația genetică influențează boala intestinală inflamatorie
Cercetătorii au creat cea mai detaliată hartă celulară de până acum, care arată modul în care variația genetică influențează boala intestinală inflamatorie (IBD), evidențiind celulele și genele specifice care contribuie la această afecțiune.
Studiul, publicat astăzi (3 iunie) în revista Nature, a fost realizat la Wellcome Sanger Institute, Open Targets și Cambridge University Hospitals NHS Foundation Trust (CUH). Această cercetare identifică principalii factori genetici și celulele care cresc riscul de IBD și demonstrează eficiența abordărilor pe celule individuale pentru a înțelege natura complexă a bolilor umane.
IBD, care include boala Crohn și colita ulcerativă, este caracterizată prin inflamație cronică a tractului gastrointestinal și afectează peste 4,9 milioane de persoane la nivel mondial, inclusiv mai mult de jumătate de milion în Marea Britanie.
Modificările moștenite în ADN sunt cunoscute pentru rolul lor semnificativ în determinarea susceptibilității la IBD. Totuși, transpunerea acestei cunoștințe în înțelegerea biologică este dificilă, deoarece peste 90% din modificările ADN-ului legate de IBD se află în afara regiunilor genomului care codifică proteine. Aceste modificări sunt considerate a influența boala prin alterarea nivelului de exprimare a unor gene, adică prin modul în care anumite gene sunt activate sau dezactivate.
Identificarea genelor specifice și a tipurilor de celule afectate de aceste modificări ADN s-a dovedit a fi o provocare. Majoritatea studiilor celulare asupra bolii analizează mostre de țesut întreg, care combină multe tipuri de celule, mascherând efectele care operează doar în celule specifice.
În noul studiu, cercetătorii de la Sanger Institute, Open Targets, CUH și colaboratorii lor au dorit să afle dacă studiul nivelului de exprimare a genelor în tipuri de celule individuale ar putea explica mai bine modul în care riscul genetic contribuie la IBD.
În cadrul studiului, au fost colectate mostre de sânge și de intestin la Addenbrooke’s Hospital din Cambridge, Marea Britanie, de la puțin peste 400 de indivizi, inclusiv 125 de persoane cu boala Crohn. Mostrele de intestin au fost prelevate din ileonul terminal, ultima porțiune a intestinului subțire, și din rect. Ileonul terminal și rectul sunt cele mai frecvent afectate zone în cazul bolii Crohn și al colitei ulcerative, respectiv.
Cercetătorii au generat „IBDverse”, cea mai mare bază de date cu celule individuale din țesutul intestinal și sângele pacienților cu boala Crohn și pacienților sănătoși, conținând date despre exprimarea genelor din aproximativ 2,2 milioane de celule individuale. Aceștia au măsurat nivelul de exprimare a zeci de mii de gene în fiecare dintre aceste celule folosind o metodă numită secvențiere RNA la nivel unicelular. Ulterior, au corelat diferențele genetice moștenite cu modificările nivelului de exprimare a genelor și au comparat aceste informații cu regiunile genetice cunoscute pentru riscul de IBD.
Au fost descoperite multe efecte genetice legate de IBD care au fost identificate doar în tipuri specifice de celule și care sunt omise atunci când se studiază țesuturi întregi. Echipa a identificat genele probabile efectoare – gene care sunt cele mai susceptibile de a provoca boala – în peste jumătate din regiunile genetice cunoscute asociate cu IBD.
Cercetătorii au descoperit, de asemenea, că multe efecte genetice au avut loc în celulele imune, în special în celulele dendritice, ceea ce a dus la o reducere a semnalizării Notch – o cale implicată în reglarea răspunsurilor imune din intestin.
De asemenea, au identificat efecte genetice într-un tip de celulă care acoperă suprafețele interne și externe ale corpului, cunoscută sub numele de celule epiteliale. Modificările genetice legate de IBD au dereglementat exprimarea genelor reglate de Wnt care controlează funcții celulare esențiale. Aceasta a dus la o reducere a regenerării țesutului, ceea ce poate slăbi mucoasa intestinală și poate contribui la susceptibilitatea la IBD.
Per ansamblu, studiul demonstrează puterea secvențierii la nivel unicelular și a geneticii pentru a descifra misterele bolii. Rezultatele sugerează că IBD apare dintr-o combinație de dereglementare a sistemului imunitar și eșec al mucoasei intestinale de a se repara corespunzător.
Studiul indică, de asemenea, implicații mai largi pentru dezvoltarea medicamentelor. Printre genele identificate, cercetătorii au găsit o explicație potențială pentru motivul pentru care metformina – unul dintre cele mai prescrise medicamente pentru diabetul de tip 2 – provoacă frecvent efecte secundare gastrointestinale, sugerând că harta genetică pe celule individuale ar putea ajuta la anticiparea efectelor specifice ale medicamentelor existente. Dincolo de IBD, constatările demonstrează un cadru aplicabil în general pentru conectarea riscului genetic la celule și căi specifice în orice boală din care pot fi prelevate țesuturi relevante, având aplicații potențiale pentru afecțiuni precum astmul, psoriazisul și endometrioza.
„Cu surprindere, multe dintre genele efectoare nou nominalizate reglează căi care au fost anterior subapreciate în contextul riscului de IBD. Aceste asocieri s-au acumulat, de asemenea, în tipuri specifice de celule ale intestinului, cum ar fi celulele dendritice și celulele stem intestinale, care nu sunt asociate în mod obișnuit cu boala. Această lucrare ne ajută de fapt să înțelegem imaginea de ansamblu a schimbărilor moleculare care cauzează IBD, precum și tipurile și țesuturile în care acestea se produc.”
„Fondul este încântat să sprijine acest proiect important ca parte a inițiativei sale de genetică. Această hartă celulară de înaltă rezoluție oferă informații mai detaliate despre căile care sunt anormale în diferite tipuri de celule în IBD. Informațiile de acest tip pot ghida cercetătorii către semnalele bolii în celule specifice. Aceste date pot dezvălui noi mecanisme ale bolii și, potențial, tratamente mai bine țintite pentru pacienți.”
„Când am început să planificăm acest studiu, proiectele de secvențiere a celulelor individuale implicau, de obicei, zeci de indivizi. Știam că pentru a avea vreo putere reală în a răspunde acestor întrebări, va trebui să obținem mostre de țesut la o scară mult mai mare, implicând sute de pacienți supuși biopsiilor invazive special pentru această cercetare. Disponibilitatea acestor pacienți de a contribui și efortul extraordinar al echipelor clinice și de laborator de a colecta și procesa mostre la această scară au făcut posibilă această știință fără precedent.”
„Studiile de asociere la nivel genomic ne-au spus unde în genom se află riscul de IBD, dar acest studiu ne spune ce gene afectează aceste variante de risc și în ce tipuri de celule se întâmplă acest lucru. Ceea ce este cu adevărat interesant în legătură cu acest lucru, pe lângă lecțiile pe care le-am învățat despre biologia IBD, este că aceeași abordare poate
