Темный геном составляет 98% ДНК человека. Ученые только начинают понимать его роль в когнитивных расстройствах.
Ключевые выводы
- И шизофрения (SCZ), и биполярное расстройство (BD) обладают характеристиками генетического заболевания, но ученые не идентифицировали какие-либо гены, вызывающие какое-либо из состояний.
- Исторически ученые игнорировали темный геном (который составляет около 98% нашей ДНК), потому что он кажется инертным.
- Новое исследование связало десятки темных белков, происходящих из темного генома, с SZD и BD.
И шизофрения (SCZ), и биполярное расстройство (BD) являются загадками. Ученые связали сотни генов с каждым из этих состояний, но сами по себе гены, по-видимому, лишь незначительно влияют на развитие SCZ и BD. Например, у человека с генами, связанными с SCZ, вероятность развития расстройства всего на 7% выше, чем у человека без этих генов. Это само по себе не является чем-то необычным. Это предполагает, что гены необходимы для развития этих состояний, но их недостаточно, чтобы вызвать состояния.
Однако, если у человека есть одно из этих заболеваний, вероятность того, что оно есть у близкого члена семьи, составляет от 74 до 81%. Другими словами, если у человека есть гены, связанные с одним из этих расстройств, это не сильно увеличивает его шансы на развитие этого расстройства. Однако, если у члена семьи есть SCZ или BD, то их шансы на развитие этого расстройства довольно высоки. И в этом заключается загадка: как заболевание может передаваться потомству, если не через гены?
Одно из объяснений заключается в том, что SCZ и BD «наследуются» негенетическими факторами. Например, исследователи показали, что физические упражнения могут помочь контролировать и уменьшить симптомы шизофрении. И если семья человека не занимается спортом, маловероятно, что этот человек будет заниматься спортом. Другими словами, мы «наследуем» поведение нашей семьи. Однако исследования близнецов показали, что поведение членов семьи лишь незначительно влияет на шансы развития SCZ, предполагая, что должно быть другое объяснение.
Новое исследование, опубликованное в журнале Molecular Psychiatry, предоставило доказательства альтернативного объяснения: генетические причины этих расстройств скрыты в темном геноме.
Темный геном составляет 98% нашего генома
В генетических исследованиях исследователи в первую очередь изучают области, называемые генами. Традиционно гены определялись общей структурой, позволяющей им создавать белки. Только от 1 до 2% ДНК человека состоит из этих традиционных генов.
Одним из препятствий, мешающих ученым лучше понять, как работает геном, может быть чрезмерно консервативное определение «гена», как сказал Чайтанья Эради, аспирант Кембриджского университета и первый автор недавнего исследования. в заявлении.
«Когда мы смотрим за пределы областей ДНК, классифицируемых как [традиционные] гены, мы видим, что весь человеческий геном обладает способностью производить белки, а не только гены. Мы обнаружили новые белки, которые участвуют в биологических процессах и дисфункциональны при таких расстройствах, как шизофрения и биполярное расстройство».
Область, которую Эради описывает как за пределами традиционных генов, называется темным геномом, и ученые знают о ней на удивление мало. Наставник Эради Судхакаран Прабакаран, эксперт в области неврологии и генетики, пытается это изменить.
Предыдущие исследования выявили области в темном геноме, которые кодируют регуляторную РНК (РНК, которая может влиять на клеточные функции), но области, кодирующие белок, не были обнаружены. Прабакаран подозревал, что это связано с тем, что темные гены устроены иначе, чем традиционные гены, поэтому их было трудно найти. Решив охарактеризовать структуру темных генов, он возглавил экспедицию в темный геном. В 2021 году ему это удалось.
Prabakaran обнаружил нетрадиционные и неохарактеризованные области генома, способные производить белки. Что еще более важно, он и его команда нашли доказательства того, что эти темные белки могут быть вовлечены почти в 200 различных заболеваний человека.
С человеческим познанием пришли когнитивные дисфункции
Прабакаран также сделал удивительное открытие, изучая темный геном цихлид, семейства рыб, которые эволюционировали на удивление быстро. Прабакаран обнаружил темные гены в областях, связанных с ускоренной эволюцией цихлид, предполагая, что темные гены и белки могли способствовать их быстрой эволюции. У людей также есть ускоренные области.
В 2006 году исследовательская группа из Университета Санта-Крус обнаружила сотни ускоренных человеком областей. Одна из областей участвует в развитии неокортекса человека - области мозга, отвечающей за функции мозга более высокого порядка, такие как язык, пространственное мышление и познание.
Когнитивные способности высокого уровня - это недавно развившаяся способность (от 100 000 до 2 миллионов лет), а SCZ и BD связаны с когнитивными дисфункциями. Предыдущие исследования показывают, что SCZ может быть результатом эволюции мозга, специфичной для человека. Генетические изменения, которые были полезны для специфических для человека когнитивных способностей, могут предрасполагать человека к SCZ. Аналогичные гипотезы существуют для BD, одна из которых предполагает, что BD связано с сезонными колебаниями настроения, которые могли повысить репродуктивную способность во время ледникового периода.
Ученые идентифицировали сотни генов, связанных с SCZ и BD, что побудило Прабакарана попытаться определить, существуют ли какие-либо темные гены, связанные с SCZ и BD. Это могло бы объяснить, почему SCZ и BD действуют как генетические нарушения, хотя ни один из ранее идентифицированных генов, по-видимому, не вызывает заболевания.
«Сканируя весь геном, мы обнаружили области, не классифицируемые как гены в традиционном смысле, которые создают белки, которые, по-видимому, связаны с шизофренией и биполярным расстройством», - сказал Прабакаран.
В общей сложности исследователи обнаружили 56 темных генов, связанных с SCZ, и 40 темных генов, связанных с BD. Полученные данные могут пролить свет на множество новых целей для медицинских вмешательств, что Прабакаран стремится сделать через компанию NonExomics, целью которой является разработка терапевтических средств для воздействия на белки, участвующие в SCZ и BD, путем «освещения темного генома».