Нейральные клетки-предшественники (NPC), полученные от врожденного синдрома Зика (CZS) пораженных и здоровых близнецов, демонстрируют разную скорость вирусной инфекции и разную экспрессию РНК генов, связанных с развитием нервной системы. Дисбаланс экспрессии происходит еще до заражения вирусом Зика in vitro. Эти результаты подтверждают гипотезу о генетическом или эпигенетическом влиянии на предрасположенность к CZS и микроцефалии. Результаты были опубликованы в Nature Communications в пятницу, 2 февраля 2018 года.
Исследователи под руководством д-ра. Майана Зац и Мария Рита Пассос-Буэно - генетики из Центра исследования генома человека и стволовых клеток Университета Сан-Паулу (USP) - также пришли к выводу, что один ген не может объяснить ни случаи развития CSZ, ни устойчивость мозга к вирусу Зика..
Примерно от 6% до 12% детей, рожденных от матерей, инфицированных вирусом Зика во время беременности, будут иметь CZS. Почему не все из них подвержены синдрому, еще предстоит объяснить. Это исследование пролило свет на связанные с ним генетические компоненты.
«Если у ребенка есть эти генетические факторы предрасположенности, мы считаем, что у него не будет микроцефалии, если он не инфицирован вирусом Зика. Может быть, мы сможем идентифицировать этих людей и сделать их приоритетными в будущей стратегии вакцинации», - говорит д-р. Mayana Zatz.
Близнецы как ключ к генетическим исследованиям
Близнецы предоставляют уникальную информацию, чтобы ответить на вопрос, имеет ли определенное состояние экологическую или генетическую причину. Если генетические факторы являются определяющими для врожденного заболевания, должно быть больше соответствия между парой однояйцевых (монозиготных) близнецов, чем между разнояйцевыми или дизиготными близнецами. У идентичных братьев и сестер чаще должны быть поражены оба, чем у дизиготных близнецов, которые с большей вероятностью будут «дискордантными» (один пораженный и один незатронутый).
Если окружающая среда приводит к этому состоянию, картина, наблюдаемая у двух братьев и сестер неидентичных близнецов, будет такой же, как и у однояйцевых близнецов. Это означает, что либо ни один из братьев и сестер не будет затронут, либо оба, либо только один из них, независимо от того, монозиготен он или дизиготен.
Поиск близнецов
Исследование началось в 2016 году, во время эпидемии Зика в Бразилии. Майана Зац и ее команда искали близнецов, у которых хотя бы у одного ребенка была микроцефалия. Им удалось связаться с семьями 9 пар близнецов из 6 штатов Бразилии.
Две пары были однояйцевыми близнецами, причем оба были поражены; одна пара не была идентична, но оба были поражены; и 6 пар были неидентичными и дискордантными - одна пораженная и одна непораженная. Этот первый сценарий способствовал гипотезе генетического влияния на инфекцию Зика во время внутриутробного развития.
Эксперименты
У этих младенцев у трех пар неидентичных, дискордантных близнецов были собраны образцы крови и использованы для создания индуцированных человеком плюрипотентных стволовых клеток (hiPSC) - клеток, которые могут производить практически любой другой тип клеток. Позже hiPSC были преобразованы в нейральные клетки-предшественники (NPC) - они могут привести к клеткам, формирующим мозг и другие части центральной нервной системы.
НПК были инфицированы бразильским штаммом вируса Зика. Через четыре дня в бляшках с клетками, полученными от больных детей, было значительно меньше клеток, чем в бляшках здоровых детей. Анализ нейросфер - клеток, выращенных в трехмерных структурах, - показал аналогичные нарушения роста клеток пораженных близнецов. Неинфицированные культуры пораженных и незараженных производных NPC, использованные в качестве контроля, не показали различий через одно и то же время.
Используя метод флуоресценции, исследователи обнаружили большее количество вируса Зика в клетках, полученных от больных детей, по сравнению с клетками здоровых. Дополнительные эксперименты показали, что нейральные клетки-предшественники от детей с синдромом производят значительно больше копий вирусной РНК и больше вирусных единств, способных к инфекции. Короче говоря, они были более инфицированы и не размножались так сильно, как клетки их защищенных братьев и сестер.
В лаборатории клетки имитировали то, что происходило с младенцами. Кроме того, результаты были одинаковыми для трех пар близнецов. Мы продемонстрировали, что инфекция не случайна. Это подтверждает нашу гипотезу о генетическом компоненте. повышая восприимчивость к врожденному синдрому Зика», - говорит д-р. Зац.
Механизмы
Чтобы идентифицировать этот возможный генетический компонент, команда проанализировала всю последовательность генов 8 пар близнецов и 10 других детей, у которых развился синдром Зика, по сравнению с контрольной группой. Экзомный анализ не выявил ни одной вариации гена, способной самостоятельно определять восприимчивость к инфекции, - вместо этого он исключил эту возможность.
Следующим шагом стало секвенирование РНК. Это позволяет ученым измерять экспрессию генов - какие гены молчат, а какие активируются и отправляют сообщения для производства белков в клетке. Это отличается от предыдущего секвенирования ДНК, которое показывает, каковы гены, но не то, как они проявляют себя
Тест РНК шести близнецов выявил группу генов, способных отличать более восприимчивые клетки от более устойчивых. Наибольшее изменение произошло с геном DDIT4L, который в пораженных клетках экспрессировался в 12,6 раза меньше. Его родственный белок является ингибитором передачи сигналов mTor - пути, участвующего в росте и гибели клеток. Предыдущие исследования связывали путь mTor и репликацию вируса Зика.
Секвенирование РНК также выявило более низкую экспрессию генов FOXG1 и LHX2 в клетках детей с CZS. Эти гены участвуют в процессе регионализации головного мозга, характеризующемся развитием областей головного мозга во время роста плода. FOXG1 также был связан с врожденными нарушениями головного мозга. Ген LHX2, присутствующий в пораженных клетках в 9,6 раз реже, отвечает за ослабление передачи сигналов Wnt, участвующих в нейральной дифференцировке.
В заключение, результаты показывают, что развитие синдрома Зика у младенцев не является алеаторным, оно зависит от восприимчивости нервных клеток-предшественников. Возможно, это связано с вариантами в нескольких генах или с механизмами, которые контролируют экспрессию генов и выработку белка.