یک گره در بافت نشان می‌دهد که چرا الگوهای توالی DNA در بیماری هانتینگتون اهمیت دارند.

برای افراد در «منطقه خاکستری» بیماری هانتینگتون (HD) بین ۳۶ تا ۳۹ تکرار، درک اینکه چه زمانی علائم ممکن است ظاهر شوند و چه نوع علائمی خواهند بود، حیاتی است. یک مطالعه جدید به الگوهای توالی مختلفی که ممکن است توضیح دهند چرا برخی افراد با اندازه تکرار CAG یکسان، مسیرهای بیماری بسیار متفاوتی دارند، روشنایی می‌اندازد. بیایید به آنچه آنها یافتند بپردازیم.

مبانی ژنتیک HD

در انسان‌ها، هر فردی دارای یک توالی از حروف ژنتیکی C-A-G در ژن هانتینگتین (HTT) است. در بیماری هانتینگتون (HD)، زمانی که این توالی بیش از ۴۰ تکرار گسترش یابد، علائم HD معمولاً در مقطعی از زندگی آن فرد ظاهر می‌شوند.

همچنین یک منطقه خاکستری گیج‌کننده از تکرارها بین ۳۶ تا ۴۰ وجود دارد که در آن برخی افراد به HD مبتلا می‌شوند، در حالی که برخی دیگر ممکن است هرگز علائم واضحی نشان ندهند. پیچیدگی بیشتر این است که نه تنها تعداد تکرارهای C-A-G برای زمان شروع علائم در افراد مهم است، بلکه توالی دقیق خود حروف ژنتیکی نیز اهمیت دارد! تیمی از دانشمندان از ونکوور و پاریس توالی حروف DNA افراد با تکرارهای CAG در محدوده ۳۶-۴۲ را مطالعه کردند و کشف کردند که چگونه هم تعداد تکرار و هم الگوی توالی می‌توانند بر شروع و پیشرفت HD تأثیر بگذارند.

یک گره در بافت: چگونه الگوهای توالی HD را شکل می‌دهند

توالی تکرار C-A-G را مانند یک الگوی بافته‌شده تصور کنید، که هر «گره» یا بافت، حروف DNA (A، C، G و T) را نشان می‌دهد که تکرار شده و یک نخ بلند و یکنواخت را تشکیل می‌دهند. با این حال، ژن HTT تنها از گره‌های C-A-G ساخته نشده است. درست در کنار توالی C-A-G، یک منطقه بافته‌شده دوم با استفاده از الگوی متفاوتی، یعنی تکرارهای C-C-G، بافته شده است. اینها با هم یک الگوی ترکیبی را تشکیل می‌دهند تا یک بلوک واحد و بدون وقفه. این الگوها با هم بافته می‌شوند تا بخش اول ژن HTT را بسازند. تغییرات کوچک یا «گره‌ها» اغلب در آن بافته می‌شوند، چیزی شبیه به استفاده از نخی با رنگ متفاوت برای یک گره گاه‌به‌گاه. این تغییرات در نهایت ماده نهایی (پروتئین HTT) را تغییر نمی‌دهند، اما پیامدهای عظیمی در مورد زمان شروع علائم در افراد دارند. طی سال‌ها، دانشمندان با مطالعه بسیاری از افراد مبتلا به HD، برخی الگوهای رایج را کشف کرده‌اند. بیایید نگاهی دقیق‌تر به الگوهایی که از قبل می‌شناسیم بیندازیم.

معمولی: این رایج‌ترین الگو است، که در آن توالی C-A-G توسط یک گره C-A-A قطع می‌شود. توالی C-C-G مجاور نیز توسط یک گره C-C-A قطع می‌شود. این گره‌ها یا وقفه‌ها، الگو را به بخش‌های کوتاه‌تر تقسیم می‌کنند و معمولاً با شروع دیرتر و قابل پیش‌بینی‌تر علائم برای طول تکرار C-A-G مشخصی مرتبط هستند.

از دست دادن وقفه (LOI): در این الگو، هر دو تکرار C-A-A و C-C-A وقفه‌های خود را از دست داده‌اند. یک توالی بلند و یکنواخت بدون وقفه از C-A-G به دنبال آن یک توالی C-C-G بدون وقفه وجود دارد. این الگوی بافته‌شده بیشتر مستعد فرسایش می‌شود و همانطور که سلول سعی می‌کند این مشکلات را برطرف کند، می‌تواند طولانی‌تر و طولانی‌تر شود زیرا رشته DNA راحت‌تر از هم باز می‌شود. افراد با این الگو سال‌ها زودتر از آنچه بر اساس طول تکرار C-A-G آنها انتظار می‌رود، علائم را تجربه می‌کنند.

از دست دادن وقفه C-C-G (CCG-LOI): در این الگو، توالی تکرار C-A-G همچنان دارای یک گره C-A-A است، اما بقیه توالی C-C-G بدون وقفه است. این نشان می‌دهد که تغییرات لازم نیست هر دو بخش از رشته کلی را به طور یکسان تحت تأثیر قرار دهند. این الگو نیز با شروع زودتر علائم مرتبط است. تغییر تنها یک بخش یا داشتن تنها یک گره همچنان می‌تواند تأثیرات بزرگی داشته باشد!

خواندن الگو، نه فقط شمارش گره‌ها

برای دهه‌ها، آزمایش ژنتیک برای HD بر شمارش تعداد تکرارها متمرکز بوده است، که اساساً طول الگوی بافته‌شده را بدون توجه به نحوه بافته شدن خود الگو اندازه‌گیری می‌کند. آزمایش‌های فعلی می‌توانند وقفه‌ها و تغییرات را در هر دو منطقه C-A-G و C-C-G مجاور نادیده بگیرند، به این معنی که دو فرد با تعداد تکرار یکسان ممکن است الگوهای کاملاً متفاوتی داشته باشند که بر سن شروع علائم و پیشرفت بیماری آنها تأثیر می‌گذارد.

برای درک واقعی اینکه چگونه این الگوهای بافندگی بر HD تأثیر می‌گذارند، محققان به دقت الگوی توالی تکرار HTT را در DNA ۳۲۸ نفر با طول تکرار CAG بین ۳۶ تا ۴۲ بررسی کردند. آنها داده‌های دو گروه بزرگ را ترکیب کردند: ۱۶۲ نفر از فرانسه و ۱۶۶ نفر از ونکوور و مراکز بین‌المللی وابسته. این کار یکی از بزرگترین مجموعه‌های داده را ایجاد کرد که به طور خاص بر روی این به اصطلاح منطقه خاکستری CAG و تکرارهای کوچکتر CAG تمرکز داشت.

این تیم از فناوری توالی‌یابی با وضوح بالا استفاده کرد. آن را مانند باز کردن یک ژاکت یا کلاه بافتنی کامل و بررسی الگوی گره‌ای که هنگام ساخت آن وجود داشته است، تصور کنید. توالی‌یابی می‌تواند وقفه‌ها و تغییرات را در هر دو توالی C-A-G و C-C-G آشکار کند. هنگامی که محققان به افراد گروه فرانسوی در منطقه خاکستری (۳۶-۳۹ تکرار، مجموعاً ۶۸ نفر) نگاه کردند، تقریباً ۲۷٪ (۱۹ از ۶۸) از افراد دارای الگوی بافندگی نامنظم بودند تا طراحی استاندارد.

روش‌های موجود می‌توانند طول تکرارهای CAG بدون وقفه را دست کم بگیرند، بنابراین وجود یا عدم وجود یک گره پیامدهایی دارد. در ۱۱ مورد از ۱۹ مورد، دانستن الگوی واقعی می‌توانست افراد را از دسته منطقه خاکستری به منطقه پرخطرتر از نظر شروع علائم و بیماری منتقل کند.

یک الگوی جدید خود را آشکار می‌کند

محققان همچنین یک الگو و توالی جدید را شناسایی کردند که آن را از دست دادن وقفه CAG (CAG-LOI) نامیدند. ۵ نفر دارای وقفه در توالی تکرار C-C-G بودند اما نه در توالی CAG، به این معنی که بخش تکرار CAG گره‌ای ندارد. این اولین بار بود که این الگو یافت شد و اهمیت بررسی مستقیم توالی تکرار را برجسته می‌کند!

آنچه الگوهای بافندگی در مورد علائم آشکار می‌کنند

افرادی که الگوهای از دست دادن وقفه (بدون گره) را حمل می‌کردند، علائم حرکتی را بسیار زودتر از افراد با توالی معمولی تجربه کردند. در مقایسه با مدل‌های پیش‌بینی رایج مبتنی بر طول تکرار به تنهایی، شروع علائم در این افراد تقریباً ۱۳ سال زودتر از حد انتظار رخ داد. با این حال، این اثر برای طول‌های CAG بزرگتر (CAG 39-42) قوی‌تر بود و تقریباً نیمی از افراد در محدوده CAG 36-38 بدون توجه به الگوی توالی خود، علامت‌دار بودند.

این مطالعه به زمان شروع علائم محدود نشد. با پیگیری افراد در طول زمان، محققان نشان دادند که تغییرات در توالی نیز بر نحوه پیشرفت بیماری تأثیر می‌گذارد. افراد با الگوهای از دست دادن وقفه، بدتر شدن سریع‌تر علائم حرکتی را تجربه کردند، به طوری که نمرات حرکتی تقریباً دو برابر سریع‌تر از افراد با توالی معمولی افزایش یافت. معیارهای سرعت تفکر نیز در این گروه سریع‌تر کاهش یافت، که نشان می‌دهد تفاوت‌های توالی DNA بیش از فقط حرکت را تحت تأثیر قرار می‌دهند.

چرا الگوی گره در آزمایش، مشاوره ژنتیک و کارآزمایی‌های بالینی اهمیت دارد

برای افرادی که در منطقه خاکستری CAG بیماری هانتینگتون زندگی می‌کنند، عدم قطعیت مدت‌هاست که بخشی از تجربه بوده است. نتیجه‌ای که ۳۶ تا ۳۹ تکرار CAG را نشان می‌دهد می‌تواند سؤالات دشواری را مطرح کند: آیا علائم ظاهر خواهند شد؟ اگر چنین است، چه زمانی؟ و بیماری چگونه خواهد بود؟ این مطالعه به توضیح اینکه چرا پاسخ به این سؤالات اغلب بسیار دشوار است، کمک می‌کند. آزمایش‌های ژنتیکی استاندارد بر شمارش تکرارها تمرکز دارند، اما نحوه بافته شدن توالی را آشکار نمی‌کنند. همانطور که این مطالعه نشان می‌دهد، افراد در منطقه خاکستری می‌توانند الگوهای توالی را حمل کنند که می‌توانند شروع علائم را زودتر تغییر دهند و بر سرعت پیشرفت بیماری تأثیر بگذارند.

برای مشاوره ژنتیک، به ویژه برای افرادی که تحت آزمایش پیش‌بینی‌کننده قرار می‌گیرند، دانستن اینکه چه زمانی ممکن است علائم را تجربه کنند، می‌تواند برای برنامه‌ریزی زندگی حیاتی باشد. دو فرد با تعداد CAG یکسان ممکن است بسته به الگوی توالی زمینه‌ای خود، با خطرات بسیار متفاوتی روبرو شوند. گنجاندن اطلاعات توالی می‌تواند به ارائه بحث‌های واضح‌تر و شخصی‌تر در مورد خطر، زمان‌بندی و انتظارات، به ویژه در نزدیکی محدوده‌های قطع سنتی، کمک کند.

این یافته‌ها همچنین می‌توانند پیامدهای مهمی برای کارآزمایی‌های بالینی داشته باشند. اغلب، مطالعات برای تعریف واجد شرایط بودن و تخمین مرحله بیماری، به طول تکرار CAG متکی هستند. اگر الگوهای توالی بر شروع و پیشرفت تأثیر بگذارند، آنگاه گروه‌بندی شرکت‌کنندگان تنها بر اساس تعداد تکرار ممکن است ناخواسته افراد با مسیرهای بیماری بسیار متفاوت را با هم مخلوط کند. خواندن دقیق‌تر الگوی گره CAG می‌تواند نحوه طراحی، تفسیر و مقایسه کارآزمایی‌ها را بهبود بخشد.

زیست‌شناسی HD پیچیده است!

در نهایت، این کار یک پیام گسترده‌تر را که در تحقیقات HD در حال ظهور است، تقویت می‌کند. زیست‌شناسی ژن HTT، الگوی توالی آن و نحوه پیش‌بینی زمان شروع علائم در یک فرد، همگی عوامل بسیار پیچیده‌ای هستند که در حال بررسی هستند. مهمتر از همه، ژن HTT تنها عامل تعیین‌کننده زمان شروع علائم در یک فرد نیست. دهه‌ها تحقیق نشان داده است که سایر ژن‌های درگیر در ترمیم DNA و معروف به اصلاح‌کننده‌های ژنتیکی می‌توانند بر سن شروع تأثیر بگذارند. اصلاح‌کننده‌های ژنتیکی عاملی هستند که این مطالعه آنها را ارزیابی نمی‌کند. نه تنها الگوی یا تغییر توالی در ژن HTT مهم است، بلکه الگوی سایر ژن‌هایی که پروتئین‌های ترمیم DNA را می‌سازند نیز اهمیت دارد!

همانطور که ابزارهای توالی‌یابی در دسترس‌تر و ارزان‌تر می‌شوند، فراتر رفتن از شمارش ساده تکرارها به سمت درک بهتر الگوهای توالی ممکن است به کاهش عدم قطعیت، بهبود پیش‌بینی و در نهایت منجر به مراقبت بهتر برای افرادی شود که با تشخیص بیماری هانتینگتون روبرو هستند.

نکات کلیدی

• «منطقه خاکستری» CAG: افراد با ۳۶ تا ۳۹ تکرار CAG در «منطقه خاکستری» بیماری هانتینگتون قرار دارند و می‌توانند سنین شروع و علائم بسیار متفاوتی داشته باشند.
• روش: محققان از ونکوور و فرانسه از توالی‌یابی DNA برای خواندن الگوی دقیق یا توالی افراد با ۳۶ تا ۴۲ CAG استفاده کردند، که تغییراتی را آشکار کرد که آزمایش‌های استاندارد شمارش تکرار معمولاً نادیده می‌گیرند.
• الگوی توالی اهمیت دارد: وقفه‌ها یا «گره‌ها» و از دست دادن آنها در توالی‌های تکرار C-A-G و C-C-G نقش مهمی در زمان شروع علائم دارند، به طوری که از دست دادن وقفه‌ها منجر به سن شروع زودتر می‌شود.
• چرا به الگو نگاه کنیم؟: افراد در محدوده تکرار CAG 36-39 می‌توانند واریانت‌های توالی را حمل کنند که آزمایش‌های ژنتیکی استاندارد آنها را نادیده می‌گیرند. افرادی که وقفه‌ها را نداشتند، بدتر شدن سریع‌تر علائم حرکتی و کاهش سریع‌تر سرعت تفکر را پس از شروع علائم نشان دادند.
• جمع‌بندی: خواندن توالی کامل DNA می‌تواند مشاوره ژنتیک را بهبود بخشد، پیش‌بینی بیماری را دقیق‌تر کند و به طراحی کارآزمایی‌های بالینی بهتر کمک کند.