Kompletny genom marmozety odsłania nowe warianty genu Alzheimera i przybliża spersonalizowaną genomikę

Nowe warianty genu PSEN1

Szczególnie istotne okazało się odkrycie nowych wariantów transkryptu genu PSEN1. Transkrypty to cząsteczki RNA powstające na podstawie informacji zapisanej w DNA; różne ich wersje mogą prowadzić do produkcji odmiennych wariantów białka. Nowe formy PSEN1 były niewidoczne w starszych, „dziurawych” genomach referencyjnych .

Gen PSEN1 jest najczęstszą znaną przyczyną genetycznej, dziedzicznej postaci choroby Alzheimera o wczesnym początku. Do tej pory opisano ponad 300 mutacji tego genu, które mogą mieć znaczenie w procesach neurodegeneracyjnych . Nowe warianty otwierają drogę do badań nad alternatywnym składaniem RNA i jego rolą w chorobie Alzheimera, choć ich dokładne znaczenie biologiczne wymaga jeszcze potwierdzenia .

To ważne także w kontekście wcześniejszych eksperymentów. Badacze stworzyli już genetycznie modyfikowane marmozety z mutacjami punktowymi PSEN1 C410Y lub A426P. Zwierzęta te wykazują wczesne pojawianie się biomarkerów związanych z chorobą Alzheimera . Kompletna sekwencja genomu zapewnia teraz dokładniejszą podstawę do analizy tych oraz innych wariantów.

Niespodziewana wymiana DNA rybosomalnego

Bezlukowy genom ujawnił również nieznaną wcześniej dynamikę DNA rybosomalnego, czyli rDNA. Marmozety mogą wymieniać całe układy rDNA między chromosomami, które nie są parami homologicznymi. Taki mechanizm przetasowywania nie był wcześniej obserwowany w tym kontekście .

Badacze wykryli także różnice w rozmieszczeniu rDNA zależne od płci. Takich wzorców nie dało się wiarygodnie dostrzec przy użyciu wcześniejszych, niekompletnych genomów . Odkrycie pokazuje, że luki w sekwencji mogą ukrywać nie tylko pojedyncze warianty genów, ale całe zasady organizacji chromosomów.

T2T: od przełomu technologicznego do rutynowej metody

Sekwencjonowanie T2T — od telomeru do telomeru — ma dostarczać kompletnej sekwencji chromosomów, bez brakujących fragmentów. W przypadku marmozety metoda pozwoliła rozwiązać szczególnie trudne regiony genomu i stworzyć dokładniejszy punkt odniesienia dla kolejnych badań .

Projekt jest częścią szerszego postępu w genomice. Konsorcjum T2T udoskonala zarówno procedury laboratoryjne, jak i algorytmy składania sekwencji, dzięki czemu kompletne genomy można tworzyć znacznie taniej niż podczas pierwszych prac nad ludzkim genomem T2T . Technologia nie ogranicza się już do jednego gatunku: w innym projekcie konsorcjum opracowało haplotypowo rozdzielone genomy referencyjne sześciu gatunków małp człekokształtnych, obejmujące łącznie 215 chromosomów odczytanych od telomeru do telomeru .

Główna autorka projektu, Prajna Hebbar, zauważyła, że rutynowa genomika T2T sprawia, iż odkrywanie nowych cech genomu staje się łatwiejsze i bardziej prawdopodobne . Zautomatyzowane procesy mogą w przyszłości doprowadzić do sytuacji, w której pełna sekwencja genomu każdej osoby będzie służyć jako jej własny, indywidualny punkt odniesienia w medycynie — przy kosztach znacznie niższych niż obecnie.

Nie oznacza to jeszcze, że spersonalizowana diagnostyka genomowa jest powszechnie dostępna. Oznacza jednak, że bariera techniczna i cenowa stopniowo się obniża. Im pełniejszy jest genom referencyjny, tym mniejsze ryzyko, że istotny wariant znajdzie się w regionie dotychczas pomijanym przez analizę.

Dlaczego marmozeta ma znaczenie dla badań nad chorobami mózgu?

Marmozeta pospolita od lat jest wykorzystywana jako model w badaniach nad chorobą Alzheimera, Parkinsona i innymi zaburzeniami układu nerwowego. Wiele genów związanych z pogorszeniem funkcji poznawczych u ludzi występuje również u tych naczelnych .

Dotychczasowe próby odczytania genomu pozostawiały jednak liczne luki. Nowa, kompletna sekwencja umożliwia analizę trudnych regionów z większą dokładnością i może pomóc w badaniu mechanizmów chorób, rozwoju nowych modeli laboratoryjnych oraz poszukiwaniu potencjalnych terapii .