Kombination von drei gen-Mutationen Ergebnisse in tödliche menschliche Herz-Krankheit: Studie zeigt erstmals mehrere Gene zusammenarbeiten, um die Krankheit verursachen

Angeborene Herzkrankheit tritt bei bis zu 1% der Lebendgeburten, und die Kinder, die betroffen sind, erfordern mehrere Operationen, ein Leben lang Medikamente einnehmen, oder Herztransplantationen. Bei vielen Patienten, die genaue Ursache der kongenitale Herz-Krankheit ist unbekannt. Während es immer deutlicher wird, dass diese Herzfehler können verursacht werden durch genetische Mutationen, es ist nicht gut verstanden ist, welche Gene beteiligt sind und wie Sie interagieren. Genetische Mutationen, die auch als genetische Varianten, kann auch dazu führen, schlechte Herzfunktion, aber die Art und die schwere der Dysfunktion variiert stark, sogar zwischen denen, die die gleiche mutation.

Das Human-Genom-Projekt erlaubt Wissenschaftler zu erkennen, dass einige seltene Fälle von Krankheiten, die durch schwere Mutationen eines einzelnen Gens, aber die Wissenschaftler glauben, dass die häufigsten Formen der Krankheit kann das Ergebnis einer Kombination von subtiler genetischer Mutationen, die gemeinsam handeln. Noch experimenteller Beweis für dieses Konzept der menschlichen Krankheit blieb schwer-bis jetzt.

In einem Papier veröffentlicht Mai 31 in der Zeitschrift Science, haben Wissenschaftler des Gladstone Institute und der University of California, San Francisco (UCSF) verwendet technologische Fortschritte, um zu beweisen, dass die drei subtilen genetischen Varianten geerbt, die innerhalb einer Familie gemeinsam zu Herz-Krankheit in mehreren Geschwistern in einem sehr Jungen Alter.

„Die Idee, dass mehrere genetische Varianten sind notwendig, verursachen die meisten komplexen Krankheiten, die gewesen herum für eine lange Zeit, aber es zu beweisen ist schwer gewesen,“ sagte Casey Gifford, PhD, staff scientist bei Gladstone, der der erste Autor auf dem Papier. „Mit der Einführung von CRISPR-Genom-Bearbeitung und Verbesserung des menschlichen pluripotenten Stammzell-Technologie, fühlten wir, dass wir endlich die richtigen Werkzeuge um diese Hypothese zu testen, sobald wir das richtige gefunden Fall zu studieren.“

Der richtige Fall stellte sich heraus, eine Familie zu sein, in denen mehrere Kinder litten unter der gleichen form von schweren angeborenen Herzfehler, der dazu geführt in den Armen Pumpen des Herzens. Gladstone Präsident und UCSF Benioff Children ‚ s Hospitals Kardiologe Deepak Srivastava, MD, zum ersten mal mit der Familie, wenn er behandelt ein zwei Monate altes Kind für die linksventrikuläre noncompaction, eine Art von Herzerkrankungen, wo die Zellen in den linken Ventrikel nicht vollständig Reifen und kann daher nicht Vertrag auch was zu Herzinsuffizienz. Während dieses Kind überlebt nach erfordert emergent life-support, hatte Sie ein Geschwisterchen starb, die von den gleichen Zustand wie ein Fötus im Dritten trimester, und Ihre 4-jährige Schwester hatte auch einen ähnlichen Zustand. Nach der Ausführung von tests auf beide Eltern Herzen, haben die Forscher gelernt, daß der Vater hatte auch eine mildere, adult-onset version der Krankheit, während die Mutter ‚ s Herz war normal.

„Angesichts der schwere der Krankheit in den Kindern und die Tatsache, dass einer der Eltern hatte eine asymptomatische form, wie wir vermuteten, dass die Bedingung in den Kindern verursacht wurde durch eine Kombination von Mutter und Vater die Gene“, sagt Srivastava, wer ist der senior-Autor auf dem Papier.

, Diese Theorie zu testen, haben die Forscher sequenzierten das Genom der Familie und entdeckt, dass der Vater die Mutationen in zwei Genen, MKL2 und MYH7, legte ihn mit einem Risiko für Herzerkrankungen. Es gibt normalerweise zwei Kopien von jedem gen in unserem Genom, und in diesem Fall nur eine Kopie der MKL2 und MYH7 war, mutiert, resultierend in einer änderung von nur einer von Hunderten von Aminosäuren. Alle drei Kinder nicht nur geerbt, beide Mutationen von Ihrem Vater, sondern auch eine Dritte mutation von der Mutter zu unterbrechen, eine Kopie des Gens NKX2-5. Diese mutation betraf auch nur einer Aminosäure und wurde berichtet, in der Allgemeinen Bevölkerung, ohne Herzerkrankungen. Aber die Kinder teilten auch viele andere genetische Varianten gemeinsam, also, ob die änderung nur eine Kopie dieser drei Gene war genug, um die Ursache der Krankheit blieb eine offene Frage.

Mit CRISPR-Genom-Bearbeitung, Srivastava s team erstellt die genau die gleiche Mutationen auf einer Kopie jedes Gens in Mäusen. Die Mäuse, die nur hegte Sie eine Kopie der Vater der beiden Varianten oder die Mutter-Variante nicht zeigen Anzeichen von Herzerkrankungen. Bemerkenswert ist, dass Mäuse, die hatten alle drei Varianten zeigten Herzfehler, ahmte denen, die beobachtet werden in den Kindern. Es war nicht nur Schäden an der Struktur und Funktion des Herzens, ähnlich der menschlichen Krankheit, aber auch Veränderungen in der expression von Hunderten von anderen Genen, die wichtig für die Entwicklung von Herz-und koronare Gefäßsystem.

„Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass das gen von der Mutter vererbt verschärft sich das problem durch den Vater die Gene, was in einer viel schwereren form von Herzerkrankungen bei den Kindern“, erklärt Gifford, war ein Damon Runyon Cancer Research Foundation Fellow, wenn Sie durchgeführt die Forschung.

In einem letzten Schritt werden die Forscher erzeugten induzierten pluripotenten Stammzellen, die aus jedem der Mitglieder der Familie und dann die Stammzellen in schlagende Herzzellen. Die Zellen, die von den Kindern, die alle drei Mutationen, zeigte Anzeichen von Krankheit, während die Eltern Zellen nicht.

Die Forscher sagen, die Studie beantwortet eine wichtige Frage, wie Menschen mit der gleichen Genmutation können verschiedene Formen der Erkrankung. Zum Beispiel, Mutationen in dem gen MYH7 bisher Verwicklung in mehrere verschiedene Arten von sowohl angeborenen und Altersdiabetes, Herzkrankheiten. Die neuen Daten legen nahe, dass ein modifier-gen, in diesem Fall, NKX2-5, beeinflusst die Wirkung des MYH7-Varianten zu ändern, wie die Krankheit manifestiert.

„Diese Arbeit gibt schließlich den experimentellen Beweis, wie ein modifier-gen werden könnten funktionieren, Einfluss auf die Krankheit Prozess in den Menschen, und, wie mehrere Gene zusammenarbeiten, um die Ursache der menschlichen Krankheit,“ sagte Srivastava, der auch ein professor für Pädiatrie und Biochemie und Biophysik an UCSF. „Es weist uns auf eine Weise, die Sie könnte eine mutation in einem gen, das besser oder schlechter, je nachdem, was es kombiniert mit. Diese Entdeckung öffnet die Tür zur Identifizierung von genetischen Modifikatoren der Krankheit und Sie als Ziele zur Entwicklung neuartiger Therapeutika.“

Über das Forschungsprojekt

Das Papier, „Oligogenic Vererbung des menschlichen Herz-Krankheit, die eine genetische modifier,“ wurde online veröffentlicht in der Wissenschaft am Mai 31, 2019. Die Arbeit wurde finanziert durch Zuschüsse aus der Damon Runyon Cancer Research Foundation, California Institute of Regenerative Medicine, den National Institutes of Health, die Roddenberry-Stiftung, die L. K. Whittier-Stiftung und der Jungen Familie finanzieren.

Zusätzliche Teilnehmer der Studie und co-Autoren Sanjeev S. Ranade, Ryan Samarakoon, Hazel T. Salunga, T. Yvanka de Soysa, Yu Huang, Ping Zhou, Aryé Elfenbein, Stacia K. Wyman, Yen Kim Bui, Kimberly R. Cordes Metzler und Kathryn N. Ivey der Gladstone Institute und Philip Ursell von der University of California, San Francisco.