болезнь крона

Чтобы понять, как генетические варианты приводят к развитию заболеваний, важно знать, как они регулируют работу генов. Участок ДНК может влиять не только на расположенный рядом ген, но и на тот, который находится гораздо дальше по последовательности ДНК. Это возможно потому, что ДНК внутри клетки складывается определённым образом, и в результате удалённые участки оказываются в физическом контакте друг с другом. Подробнее о том, как устроен трёхмерный геном и почему это важно для работы генов, мы рассказывали в статье «Геном в 3D: на что влияет “форма” генома и как ей управляют сегодня».

Особенно сложно изучать такие дальние взаимодействия в редких иммунных клетках ILC3. Они постоянно находятся в тканях организма и помогают поддерживать защитные барьеры и регулировать воспаление, особенно в кишечнике. Эти клетки всё чаще связывают с воспалительными заболеваниями кишечника, однако исследования 3D-генома обычно требуют миллионов клеток, а ILC3 сложно получить в таком количестве. 

Исследователи из Cincinnati Children's и Лаборатории медицинских наук MRC в Лондоне предложили новый способ изучать взаимодействия ДНК даже в редких клетках. Они разработали оптимизированный вариант метода promoter capture Hi-C и с его помощью составили карту, которая показала, что регуляторные элементы ДНК часто влияют на активность генов, находящихся далеко от них. Это означает, что генетический вариант не всегда действует на ближайший к нему ген, поэтому по одному только расположению варианта нельзя определить, какой ген связан с его действием. Как отмечает руководитель исследования Михаил Спиваков, одни варианты действительно влияют на ближайшие гены, а другие действуют иначе. Если каждый раз связывать генетический вариант только с ближайшим геном, можно неправильно понять механизм заболевания.

Затем исследователи сопоставили полученную карту с результатами крупных полногеномных исследований ассоциаций, или GWAS. Такие исследования сравнивают генетические варианты у большого числа людей и позволяют находить участки ДНК, которые чаще встречаются у людей с определённым заболеванием. Сопоставив эти данные с картой взаимодействий ДНК, учёные смогли точнее определить, какие гены могут быть связаны с генетическими вариантами, повышающими риск болезни.

Сопоставив данные, учёные выделили более 100 генов-кандидатов, которые могут быть связаны с риском болезни Крона в клетках ILC3. Среди них исследователи обнаружили ген CLN3. Мутации в нём вызывают болезнь Баттена, редкое нейродегенеративное заболевание, поэтому раньше CLN3 не связывали с работой иммунной системы.

Дополнительные эксперименты на мышах показали, что при активации клеток ILC3 уровень экспрессии Cln3, мышиной версии этого гена, снижается. Если же повысить уровень Cln3, активность некоторых воспалительных генов и выработка цитокинов, напротив, уменьшаются. Это указывает на возможную роль гена в регуляции воспаления, хотя пока не позволяет утверждать, что CLN3 непосредственно вызывает или предотвращает воспалительные заболевания кишечника.

По словам исследователей, результат особенно интересен тем, что показывает неожиданные связи между генами, которые традиционно относят к разным областям медицины, и позволяет увидеть неожиданные функции генов, связанных с редкими болезнями. Например, CLN3, известный своей ролью в развитии болезни Баттена, может выполнять важную функцию и в иммунных клетках.

Авторы считают, что разработанный подход можно применять и к другим редким типам иммунных клеток, которые раньше было трудно изучать. В дальнейшем исследователи планируют подробнее изучить роль CLN3 в работе ILC3 и выяснить, как он влияет на воспаление, а также проверить возможные связи между иммунной системой, кишечником и мозгом.