Ученые проанализировали данные изображений и геномную информацию из британского биобанка UK Biobank, чтобы получить новое понимание природы редких заболеваний глаз человека. В центре внимания исследования оказались дистрофии сетчатки — группа наследственных нарушений, поражающих сетчатку и являющихся ведущей причиной оформления инвалидности по зрению у взрослых трудоспособного возраста.

Исследователи провели работу, результаты которой были опубликованы в журнале PLOS Genetics. Изучение было сфокусировано на фоторецепторных клетках (ФК) — светочувствительных клетках сетчатки. Для получения изображений этих клеток использовалась оптическая когерентная томография (ОКТ) — неинвазивный метод визуализации, широко доступный в оптиках. Объединив данные ОКТ с геномной информацией, хранящейся в UK Biobank, авторы смогли провести крупнейшее на тот момент полногеномное исследование ассоциаций, посвященное фоторецепторным клеткам.

Редкие дистрофии сетчатки

Наследственные мутации в генах, экспрессируемых фоторецепторными клетками, являются частой причиной редких заболеваний сетчатки. Такие мутации могут приводить к неправильной работе сетчатки, вызывая снижение зрения или слепоту. Хотя каждое из этих заболеваний в отдельности встречается редко, в совокупности они являются основной причиной слепоты у взрослых людей трудоспособного возраста.

Ханна Каррант, бывшая аспирантка Европейского института биоинформатики EMBL (EMBL-EBI) и постдокторант Центра исследований белков Novo Nordisk Foundation (CPR) при Копенгагенском университете, отметила: «Мы получили доступ к связанным изображениям и генотипным данным в масштабе, который ранее не применялся в подобных исследованиях. Доступ к этому огромному массиву данных был критически важен для исследования и позволил выявить генетические связи с редкими дистрофиями сетчатки. Эта работа открыла новые направления для научного поиска и породила новые вопросы о редких дистрофиях сетчатки».

Связь генотипа и фенотипа

Оптическая когерентная томография (ОКТ) позволяет получать изображения высокого разрешения, которые можно использовать для идентификации различных слоев и структур внутри сетчатки. Эти изображения часто применяются в клинической практике для облегчения диагностики глазных заболеваний. В данном исследовании ученые использовали ОКТ-изображения в сочетании с геномными и медицинскими данными более чем 30 000 участников, хранящимися в UK Biobank.

Юэн Берни, заместитель генерального директора Европейской молекулярно-биологической лаборатории (EMBL), заявил: «UK Biobank — это богатый, бесценный ресурс, обладающий огромным потенциалом для развития геномной медицины. В хранящихся там данных скрыто так много возможностей, которые позволяют нам понимать биологию человека и то, как и когда она нарушается при болезнях».

Развитие геномной медицины

Исследователи провели полногеномные исследования ассоциаций (GWAS) на данных UK Biobank, чтобы выявить генетические вариации, связанные с изменениями толщины слоев фоторецепторных клеток (ФК). Этот анализ позволил идентифицировать геномные вариации, ассоциированные с толщиной одного или нескольких слоев ФК, включая те, которые ранее были связаны с известными глазными заболеваниями. Вновь выявленные геномные ассоциации были депонированы и находятся в открытом доступе в каталоге GWAS Catalog.

Хотя некоторые из идентифицированных генетических вариантов уже были связаны с глазными болезнями, исследование также показало, что несколько распространенных генетических вариантов расположены вблизи генов, нарушение которых, как известно, вызывает редкие наследственные глазные заболевания. В одном случае исследователям удалось изучить, как распространенные варианты, расположенные рядом с генами, связанными с редкими болезнями глаз, влияют на структуру сетчатки. Это открытие углубляет понимание того, как конкретные распространенные варианты могут влиять на развитие редких заболеваний, что дает больше уверенности при изучении коллекций редких болезней.

Омар Махру, профессор нейробиологии сетчатки в Университетском колледже Лондона и консультант-офтальмолог в глазной больнице Мурфилдс (Moorfields Eye Hospital), подчеркнул: «Систематический биоинформатический анализ данных больших когорт участников определяет будущее геномной медицины. Доступ к этим данным и возможность устанавливать связи между фенотипами заболеваний и генетической вариабельностью откроют множество новых возможностей для современной диагностики и терапии».

Ссылка на источник: Hannah Currant et al, Sub-cellular level resolution of common genetic variation in the photoreceptor layer identifies continuum between rare disease and common variation, PLOS Genetics (2023). DOI: 10.1371/journal.pgen.1010587