Za većinu pacijenata nije poznato tačno šta uzrokuje amiotrofičnu lateralnu sklerozu (ALS), bolest koju karakteriše degeneracija motornih neurona koja narušava kontrolu mišića i na kraju dovodi do smrti.
Studije su identifikovale određene gene koji pružaju veći rizik od bolesti, ali naučnici veruju da postoji mnogo više genetskih faktora rizika koji tek treba da budu otkriveni. Jedan od razloga zašto je ove pokretače bilo teško pronaći je taj što se neki nalaze kod vrlo malog broja pacijenata, što otežava njihovo izdvajanje bez veoma velikog uzorka pacijenata. Pored toga, neki od rizika mogu biti izazvani epigenomskim faktorima, a ne mutacijama u genima koji kodiraju proteine.
Radeći sa konzorcijumom Ansver ALS, tim istraživača sa MIT-a analizirao je epigenetske modifikacije — oznake koje određuju koji su geni uključeni u ćeliji — u motornim neuronima izvedenim iz indukovanih pluripotentnih matičnih (IPS) ćelija od 380 pacijenata sa ALS.
Ova analiza je otkrila snažan diferencijalni signal povezan sa poznatim podtipom ALS-a i oko 30 lokacija sa modifikacijama koje su povezane sa stopama progresije bolesti kod pacijenata sa ALS-om. Nalazi mogu pomoći naučnicima da razviju nove tretmane koji su namenjeni pacijentima sa određenim genetskim faktorima rizika.
„Ako su osnovni uzroci različiti za sve ove različite verzije bolesti, lekovi će biti veoma različiti i signali u IPS ćelijama će biti veoma različiti“, kaže Ernest Fraenkel, Grover M. Hermann profesor zdravstvenih nauka i tehnologije u Odeljenje za biološko inženjerstvo MIT-a i viši autor studije.
„Možda ćemo doći do tačke za deceniju ili tako nešto kada čak i ne razmišljamo o ALS-u kao o jednoj bolesti, gde postoje lekovi koji leče specifične vrste ALS-a koji rade samo za jednu grupu pacijenata, a ne za drugu.“
Postdoc MIT Stanislav Tsitkov je glavni autor rada, koji se pojavljuje u Nature Communications.
ALS je retka bolest za koju se procenjuje da pogađa oko 30.000 ljudi u Sjedinjenim Državama. Jedan od izazova u proučavanju bolesti je da dok se veruje da genetske varijante predstavljaju oko 50% rizika od ALS-a (sa faktorima životne sredine koji čine ostatak), većina varijanti koje doprinose tom riziku nisu identifikovane.
Slično kao kod Alchajmerove bolesti, može postojati veliki broj genetskih varijanti koje mogu predstavljati rizik, ali svaki pojedinačni pacijent može nositi samo mali broj njih. Ovo otežava identifikaciju faktora rizika osim ako naučnici nemaju veoma veliku populaciju pacijenata za analizu.
„Pošto očekujemo da će bolest biti heterogena, potrebno je da imate veliki broj pacijenata da biste mogli da uhvatite ovakve signale. Da bismo zaista mogli da klasifikujemo podtipove bolesti, moraćemo da pogledamo mnogo ljudi“, kaže Fraenkel.
Pre otprilike 10 godina, konzorcijum Ansver ALS počeo je da prikuplja veliki broj uzoraka pacijenata, što bi moglo omogućiti studije većeg obima koje bi mogle otkriti neke od genetskih pokretača bolesti. Iz uzoraka krvi, istraživači mogu stvoriti indukovane pluripotentne matične ćelije, a zatim ih podstaći da se diferenciraju u motorne neurone, ćelije na koje ALS najviše utiče.
„Ne mislimo da će svi pacijenti sa ALS-om biti isti, kao što svi kanceri nisu isti. A cilj je da se pronađe pokretači bolesti koji bi mogli biti terapeutske mete“, kaže Fraenkel.
U ovoj studiji, Fraenkel i njegove kolege su želeli da vide da li ćelije izvedene od pacijenata mogu ponuditi bilo kakve informacije o molekularnim razlikama koje su relevantne za ALS. Oni su se fokusirali na epigenomske modifikacije, koristeći metod pod nazivom ATAC-sek za merenje gustine hromatina u genomu svake ćelije. Hromatin je kompleks DNK i proteina koji određuje koji geni su dostupni za transkripciju ćelije, u zavisnosti od toga koliko je gusto upakovan hromatin.
U podacima koji su prikupljani i analizirani tokom nekoliko godina, istraživači nisu pronašli nikakav globalni signal koji bi jasno razlikovao 380 pacijenata sa ALS u njihovoj studiji od 80 zdravih kontrolnih subjekata. Međutim, pronašli su jak diferencijalni signal povezan sa podtipom ALS-a, koji je karakterisan genetskom mutacijom u genu C9orf72.
Pored toga, identifikovali su oko 30 regiona koji su bili povezani sa sporijim stopama progresije bolesti kod pacijenata sa ALS. Mnogi od ovih regiona se nalaze u blizini gena povezanih sa ćelijskim inflamatornim odgovorom; zanimljivo je da je nekoliko identifikovanih gena takođe uključeno u druge neurodegenerativne bolesti, kao što je Parkinsonova bolest.
„Možete koristiti mali broj ovih epigenomskih regiona i pogledati intenzitet signala tamo, i predvideti koliko će brzo nečija bolest napredovati. To zaista potvrđuje hipotezu da se epigenomika može koristiti kao filter za bolje razumevanje doprinosa genom osobe“, kaže Fraenkel.
„Iskoristivši veoma veliki broj uzoraka učesnika i obimne podatke koje je prikupio Konzorcijum Ansver ALS, ove studije su bile u mogućnosti da rigorozno testiraju da li uočene promene mogu biti artefakti povezani sa tehnikama prikupljanja, skladištenja, obrade i analize uzoraka, ili zaista odražava važnu biologiju“, kaže Lajl Ostrou, vanredni profesor neurologije na Medicinskom fakultetu Levis Katz na Univerzitetu Templ, koji nije bio uključen u studiju.
„Oni su razvili standardne načine za kontrolu ovih varijabli, kako bi bili sigurni da se rezultati mogu tačno uporediti. Takve studije su neverovatno važne za ubrzanje razvoja terapije ALS, jer će omogućiti da se podaci i uzorci prikupljeni iz različitih studija analiziraju zajedno.“
Istraživači se sada nadaju da će dalje istražiti ove genomske regione i videti kako bi mogli da podstaknu različite aspekte progresije ALS-a kod različitih podgrupa pacijenata. Ovo bi moglo pomoći naučnicima da razviju lekove koji bi mogli da deluju kod različitih grupa pacijenata i da im pomogne da identifikuju koje pacijente treba izabrati za klinička ispitivanja tih lekova, na osnovu genetskih ili epigenetskih markera.
Prošle godine, američka Uprava za hranu i lekove odobrila je lek nazvan tofersen, koji se može koristiti kod pacijenata sa ALS-om sa mutacijom u genu zvanom SOD1. Ovaj lek je veoma efikasan za one pacijente, koji čine oko 1 odsto ukupne populacije ljudi sa ALS. Fraenkel se nada da se više lekova može razviti i testirati na ljudima sa drugim genetskim pokretačima ALS-a.
„Da imate lek kao što je tofersen koji deluje za 1% pacijenata i da ste ga upravo dali u tipično kliničko ispitivanje druge faze, verovatno ne biste imali nikog sa tom mutacijom u ispitivanju, i ono bi propalo. I tako da ta droga, koja je spas za ljude, nikada ne bi prošla“, kaže Frenkel.
Tim MIT-a sada koristi pristup koji se zove kvantitativna analiza lokusa osobina (KTL) kako bi pokušao da identifikuje podgrupe pacijenata sa ALS-om čija je bolest vođena specifičnim genomskim varijantama.
„Možemo integrisati genomiku, transkriptomiku i epigenomiku, kao način da pronađemo podgrupe pacijenata sa ALS-om koji imaju različite fenotipske potpise od drugih pacijenata sa ALS-om i zdravih kontrola“, kaže Tsitkov. „Već smo pronašli nekoliko potencijalnih pogodaka u tom pravcu.“
