Геномика в здравоохранении - кратко с точки зрения внутренних болезней
а) Геномика при редких нарушениях нервно-психического развития. Несмотря на то что редкие заболевания, по определению, выявляются нечасто, в совокупности в Великобритании они зарегистрированы примерно у 3 млн человек, большинство из которых дети. NGS изменило возможности диагностики редких заболеваний.
Если ранее мы ограничивались последовательным анализом отдельных генов и для определения направления генетического исследования был необходим клинический диагноз, то сейчас NGS позволяет выполнить исследование нескольких генов в одном эксперименте. Это можно сделать путем анализа панели генов, клинического экзома или экзома (см. табл. 9).
Диагностическая ценность NGS при расстройствах нервно-психического развития увеличилась примерно на 30%. Установление генетической природы редкого заболевания может дать семьям ответы на их вопросы, позволяет получить информацию о прогнозе и предоставляет возможность познакомиться с другими пациентами с данным заболеванием и получить необходимую поддержку. Более того, генетическое исследование может дать ценную информацию для тех пар, которые планируют дальнейшие беременности и в будущем хотят учесть результаты пренатального тестирования.
б) Геномика и частые заболевания. Большинство распространенных заболеваний определяются взаимодействием ряда генов и факторов окружающей среды. В этой ситуации генетический вклад в развитие заболевания называется полигонным. До недавнего времени прогресс в выявлении генетических изменений, которые предрасполагают к развитию частых заболеваний, был очень незначительным, однако все изменилось с появлением полногеномных исследований.
Genome-wide association study обычно включает в себя генотипирование многочисленных (>500 000) генетических маркеров (однонуклеотидных полиморфизмов), которые расположены по всему геному в большой группе людей с заболеванием и в контрольной группе. Сравнение генотипов однонуклеотидных полиморфизмов у пациентов с заболеванием и у представителей контрольной группы позволяет идентифицировать области генома и, следовательно, гены, для которых характерна более сильная связь с данным профилем однонуклеотидных полиморфизмов и, следовательно, большая вероятность вклада в развитие изучаемого заболевания.
в) Геномика и акушерство. Пренатальная генетическая диагностика может проводиться в случаях предполагаемого высокого риска генетического заболевания у плода, при определенных результатах ультразвукового/биохи-мического скрининга либо при наличии отягощенного семейного анамнеза. На протяжении многих лет основой пренатальной диагностики являются инвазивные тесты, в частности амниоцентез и биопсия ворсин хориона.
В то же время они все чаще вытесняются неинвазивным исследованием бесклеточной фетальной ДНК, которая образуется в трофобластах плаценты, обнаруживается в крови матери с 4—5-й недели беременности и сохраняется в достаточном для исследования количестве до 9-й недели беременности.
• Неинвазивное пренатальное тестирование: секвенирование и количественное определение хромосом-специфичных последовательностей бесклеточной фетальной ДНК с использованием NGS с целью выявления трисомии 13, 18 или 21. Точность неинвазивного пренатального тестирования в диагностике анеуплоидии, специфичной для беременности, приближается к 98%.
Ложноотрицательные результаты могут быть получены в случаях, когда количество бесклеточной фетальной ДНК слишком мало (возможно, из-за ранней беременности или высокого индекса массы тела матери) или когда анеуплоидия возникла на более поздних стадиях развития, имеется только у эмбриона и отсутствует в плаценте. Ложноположительные результаты возможны при мозаицизме, ограниченном плацентой (анеуплоидия имеется в плаценте, но отсутствует у плода), или при альтернативной причине анеуплоидии в крови матери, например при наличии бесклеточной опухолевой ДНК.
• Неинвазивная пренатальная диагностика: выявление дефекта в одном гене плода, который был унаследован по отцовской линии либо возник de novo, в связи с чем его нельзя идентифицировать в геноме матери. Примерами состояний, которые в настоящее время можно диагностировать при помощи неинвазивной пренатальной диагностики, являются ахондроплазия и краниосиностоз.
В то же время неинвазивная пренатальная диагностика все чаще применяется в диагностике аутосомно-рецессивных заболеваний, таких как муковисцидоз, где родители являются носителями различных мутаций.
Проводится исследование свободной фетальной ДНК на предмет мутации по отцовской линии, и при отсутствии таковой заболевание у плода не развивается. При выявлении мутации по отцовской линии необходимо окончательное инвазивное обследование для определения, была ли также унаследована мутация от матери и разовьется ли заболевание у плода.
При наличии в семейном анамнезе наследственного заболевания пара может принять решение о проведении преимплантационной генетической диагностики. Преимплантационная генетическая диагностика используется в качестве дополнения к экстракорпоральному оплодотворению и включает в себя генетическое тестирование отдельной клетки развивающегося эмбриона перед имплантацией.
г) Геномика и онкология. До недавнего времени пациентов направляли на генетическое обследование при наличии у них в анамнезе и/или в их семейном анамнезе признаков, подозрительных на наличие синдрома наследственной предрасположенности к злокачественным новообразованиям (табл. 11). Важная клиническая информация включала возраст, при котором был диагностирован рак, и количество/тип опухолей.
Например, диагноз двустороннего рака молочной железы у женщины тридцати лет, у матери которой в возрасте сорока лет был обнаружен рак яичников, наводит на мысль о наследственном раке молочной железы/яичников, ассоциированном с BRCA1/2. При многих наследственных синдромах злокачественных новообразований специфические заболевания обусловлены и соматическими, и наследуемыми мутациями. Наследственные синдромы злокачественных новообразований могут быть вызваны мутациями с потерей функции в зародышевой линии клеток в генах-супрессорах опухолей, кодирующих ферменты репарации ДНК или протоонкогены.
На клеточном уровне утрата одной копии гена-супрессора опухоли не имеет никаких функциональных последствий, поскольку клетка защищена оставшейся нормальной копией. Однако существует вероятность того, что в определенный момент жизни в одной клетке возникнет соматическая мутация, затрагивающая нормальный аллель, что приведет к полной потере активности онкосупрессора и к развитию опухоли в результате клональной экспансии данной клетки. Такой двойной механизм развития рака (наследственный в сочетании с соматическим) известен как гипотеза Кнудсона. Эта гипотеза объясняет, почему у некоторых членов семей с предрасположенностью к злокачественным новообразованиям опухоли могут не развиваться в течение многих лет (или не развиваться вообще).
При заболеваниях, связанных с нарушением репарации ДНК, наследственные мутации увеличивают частоту соматических мутаций. Аутосомно-доминантные мутации в генах, кодирующих компоненты специфических систем репарации ДНК, являются относительно распространенными причинами наследственного рака толстой кишки и рака молочной железы (например, мутация в гене BRCA1).
Генетика все чаще используется в клинической практике и становится частью обычной медицинской помощи при онкологических заболеваниях благодаря появлению новых ген-специфических методов лечения. Таким образом, оценка генетической предрасположенности к злокачественным заболеваниям переходит из области клинической генетики, где она применялась для получения информации о диагнозе, последовательного лечения и скрининга/профилактики, в область онкологии, где она дает сведения, необходимые для немедленного начала лечения после установления диагноза рака.
Примером этому служит рак молочной железы, ассоциированный с мутацией в генах BRCA1 и BRCA2 (BRCA1/2). Ранее женщины с мутацией в гене BRCA1 или BRCA2 получали такую же химиотерапию первой линии, что и женщины со спорадическим раком молочной железы без установленной связи с генетическими изменениями. Совсем недавно было показано, что опухоли с мутацией в гене BRCA1/2 чувствительны к ингибиторам поли(аденозиндифосфат-рибоза)-полимеразы (poly ADP ribose polymerase). Ингибиторы поли(аденозиндифосфат-рибоза)-полимеразы блокируют путь восстановления одноцепочечных разрывов ДНК.
В опухоли, где есть мутация BRCA1/2 (и нарушено восстановление двухцепочечных разрывов), дополнительная утрата возможности восстановления одноцепочечного разрыва приведет к апоптозу клетки. Действительно, было показано, что ингибиторы поли(аденозиндифосфат-рибоза)-полимеразы настолько эффективны в уничтожении опухолевых клеток с мутацией в гене BRCA1/2 и имеют настолько незначительные побочные эффекты, что выявление гена BRCA 1/2 играет все большую роль в определении тактики лечения. Вероятно, что при улучшении понимания геномной архитектуры опухолей, увеличении доступности NGS и расширении ассортимента направленной генной терапии в клинической практике со временем начнет проводиться тестирование для многих других генов предрасположенности к злокачественным новообразованиям.
д) Геномика при инфекционных заболеваниях. Технологии NGS также трансформируют ведение пациентов с инфекционными заболеваниями. Учитывая то что микробный геном может быть секвенирован в течение одного дня при нынешней стоимости менее 100 долларов США, микробиологи могут идентифицировать возбудитель и быстро и точно определить направление эффективной терапии. Более того, секвенирование микробного генома позволяет эффективно отслеживать инфекции для снижения и предотвращения их передачи. Наконец, понимание микробного генома будет способствовать разработке вакцин и антибиотиков, необходимых в эру повышения резистентности микроорганизмов к хорошо известным антибиотикам.
