2Часть: Отличие измененных состояний сознания нормальных людей от психических отклонений больных
И они опубликовали статью, это было, теперь уже, четыре года назад. В этой первой статье говорилось, что если искать ген не на уровне хромосом, а используя ДНК-чипы, то у каждого человека оказывается около 10 больших участков полиморфизма по числу копий. Та, первая, методика позволяла находить только протяженные участки. И потом другие люди подтвердили эти результаты. До выхода этой статьи все изучали простые мутации, при которых одно основание меняется на другое, а эта статья была посвящена таким мутациям.
Большая часть наследственной изменчивости человека связана с изменением числа копий. Выявлено более 3 000 участков с измененным числом копий, что составляет более 15% генома. Любые два индивидуума в среднем отличаются более чем четырьмя миллионами пар нуклеотидных оснований по числу копий (число копий - 1/800 пар нуклеотидов, изменения отдельных нуклеотидов - 1/1200 пар). Изменчивость генома в целом значительно выше, чем первоначально считалось (геномы людей различаются на 0,2%, а не на 0,1%, из них 0,08% - однонуклеотидные полиморфизмы, больше 0,12% - изменчивость числа копий участков ДНК)
И хотя цифры у меня устаревшие, но я думаю, и это интересно, что где-то половина наследственной изменчивости у человека есть результат вот таких изменений числа генов. А другая половина связана с заменой А на Т, или с добавлением нуклеотида, или с выпадением нуклеотида. Но некоторые из таких изменений могут затрагивать миллионы оснований, они бывают очень масштабными, и могут касаться множества генов.
Комплексное нарушение генома - обычная болезнь. Для 50 участков. Частота мутаций = 1/200 индивидуумов
Вот упрощенная схема генома человека, примерно так все человеческие геномы на самом деле и выглядят. Во всех хромосомах можно найти участки, где число копий или увеличено, или уменьшено. И причина появления таких участков (это я говорю для специалистов) состоит в том, что из-за повторяющихся последовательностей ДНК происходит кроссинговер, кроссинговер в неправильных местах. Про такие места ферменты, которые осуществляют кроссинговер, думают, что они одинаковые. Они и есть одинаковые, но находятся в разных частях хромосомы, и вот происходит такой кроссинговер. Итак, можно сказать, что человеческому геному всегда свойственна изменчивость по числу копий. И это, на самом деле, довольно распространенный тип изменчивости.
Сильная ассоциация возникающих de novo изменений числа копий с аутизмом. (Исключая наследственные геномные аномалии)
Что Уиглер хотел прежде всего сделать в самом начале - это понять, наблюдается ли такое явление при аутизме, болезни, при которой дети не могут говорить, и у них часто большие проблемы с обучаемостью, низкий интеллектуальный коэффициент, и нередко в их поведении повторяются одни и те же действия, и они очень несчастны. Неудивительно, что их поведению свойственны такие повторности. Худшее, что может постичь родителей, из всех болезней, которыми страдают дети, - это, наверное, аутизм. Я хочу сказать, что растить такого ребенка очень и очень сложно. Уиглер сделал вот что: он исследовал ДНК в тех случаях, когда оба родителя казались нормальными, а у ребенка был аутизм. И группа Уиглера выяснила, что около 10% детей с аутизмом были лишены больших участков ДНК. Так что аутизм был вызван выпадением ДНК, наличием одной копии вместо двух, но это нередко мог быть большой участок, включающий штук 20 генов.
До Уиглера считалось, что аутизм возникает лишь тогда, когда задействованы несколько разных генов. Но это необычная болезнь, потому что из хромосомы выпадают участки, и если такая хромосома с выпавшим участком достанется мальчику, то у него будет аутизм. А если эта же хромосома окажется у девочки, то у нее аутизма не будет. По какой-то причине соотношение здесь примерно 5 : 1. Так что у девочек встречается аутизм, но намного реже, чем у мальчиков. Если родится девочка, и она унаследует испорченную хромосому, она может говорить и всё такое. Но у половины ее сыновей будет аутизм, потому что им достанется эта плохая хромосома, а если она достается мальчику, то будет так. Собственно, за пару поколений такая хромосома исчезнет. Она будет проявляться у мальчиков, и в итоге исчезнет.
Итак, аутизм, как мы только что видели, связан не с генами, существовавшими ранее, а с возникновением новых генов. Была такая теория, выдвинутая вскоре после второй мировой войны психологом, работавшим в Чикагском университете. Там была специальная школа для детей с аутизмом, потому что родители не могли с ними справляться, и этот психолог обратил внимание на то, что матери детей с аутизмом, по его словам, проявляли очень мало интереса к своим детям. Он назвал их «матери-айсберги». И по его теории причиной аутизма был недостаток внимания и заботы со стороны родителей. Эта теория всем очень не понравилась. Ведь это звучит ужасно. Но, вероятно, это явление, существование которого впоследствии подтвердил английский психолог Саймон Барон-Коэн, сперва работавший в Лондоне, а теперь в Кембридже, связано с тем, что матерям - носительницам испорченной хромосомы самим свойствен аутизм в легкой форме, поэтому они и не интересуются детьми или интересуются, но очень слабо.
Похоже на то, что примерно половина случаев аутизма возникает ни с того ни с сего, матери заботятся о детях и не отличаются от других матерей, но в тех случаях, когда мать унаследовала испорченную хромосому, это приводит к недостатку внимания, уделяемого детям.
Так почему же у женщин есть эта устойчивость? При том эта устойчивость не полная, слегка болезнь проявляется, это видно, если у них есть дети. В этих данных пока нет ничего утешительного. В наши дни люди пытаются исследовать аутизм, используя мышей, задействовав у них соответствующие гены.
Полученные выводы. Существует сильная ассоциация возникающих de novo изменений числа копий с единичными случаями аутизма: 10% единичных случаев, 3% множественных, 1% контрольных («единичные» и «семейные» случаи аутизма отличаются достаточно четко). 9/14 (больше 60%) возникающих de novo изменений числа копий оказались «частными мутациями». Для получения данных, однозначно свидетельствующих о том, какие участки генома здесь задействованы, потребуются более крупные выборки
Трудность в том, что большинство случаев аутизма, по-видимому, происходят от новых мутаций, и это не то, что изменения, существовавшие ранее.
Выявленные у исследованных людей изменения числа копий, возникшие de novo
Есть и еще одно затруднение, серьезное затруднение, касающееся аутизма. Есть такое нарушение, синдром Аспергера, при нём у детей нормальный интеллект, но они очень некоммуникабельны. Теперь этот синдром считают разновидностью аутизма. А встречается он чаще, чем классический аутизм. Так что частота встречаемости аутизма, которая, как считалось, составляет одного человека на тысячу, на самом деле ближе к одному на сотню, если считать и людей с синдромом Аспергера. Эти люди склонны зацикливаться на чём-нибудь, с другими людьми они плохо общаются, но иногда обладают блестящими интеллектуальными способностями. И отношение мальчиков к девочкам здесь примерно 10 : 1.
Писали, что у Билла Гейтса синдром Аспергера. Он людям предпочитал компьютеры. Не знаю, правда это или нет, и хорошо это или плохо. Некоторые авторы теперь пишут, что у Эйнштейна мог быть аутизм в легкой форме. И может оказаться правдой, что половине по-настоящему одаренных математиков свойствен в той или иной степени синдром Аспергера. Так что есть некоторая связь между синдромом Аспергера и математикой, и в этом было бы очень интересно разобраться, потому что некоторые математики, напротив, прекрасно общаются с другими людьми, но мне еще в детстве говорили, что математики - люди со странностями. И я думаю, что в этом есть доля истины. Самые крайние случаи - это люди с синдромом саванта, которые могут в уме делать фантастические расчеты, но при этом сами они совершенно безнадежны, их любой назовет идиотами.
И мне представляется возможным, что во многих обществах шел отбор против математических способностей. Потому что они делают людей менее коммуникабельными.
Редкие мутации, вызывающие аутизм, - лишь надводная часть айсберга? Cytogenetically visible - видимые на цитогенетическом уровне; Submicroscopic (this study) - субмикроскопические (обсуждаемые здесь исследования); Heritable Genetic Variants - наследуемые изменения генома
Мы сейчас находимся лишь на раннем этапе изучения этих явлений. В начале мы думали, что такая изменчивость числа копий генов отвечает примерно за 10% случаев аутизма. Но теперь, благодаря технологии ДНК-чипов, которая позволяет выявлять всё более маленькие участки изменчивости по числу копий, получается, что эта доля может составлять по крайней мере 30%. А может, и 50%, потому что чем меньше участки, тем сложнее их выявить.
Около половины наследственных болезней человека могут быть связаны с изменениями такого рода, а другая половина связана с изменениями классического типа, где одно основание заменяется на другое. Но для работы на уровне геномов секвенирование ДНК было до сих пор слишком дорогим методом. Теперь всё меняется, и скоро, исследуя изменчивость по числу копий, мы найдем конкретные участки ДНК, которые выпадают или которых слишком много, и это приводит к аутизму. Тогда мы отсеквенируем ДНК большого числа людей с аутизмом и узнаем, какая доля аутизма вызывается мутациями классического типа. Так что от тех 10% мы дойдем до 50%, по мере совершенствования методов. И мы, возможно, найдем крошечные участки, которые пока не были обнаружены. Посмотрим.
Итак, аутизм может наследоваться, если соответствующий ген оказывается вначале у женщины. Тогда аутизм может передаться ее потомству.
Изменения числа копий и шизофрения. Высокая частота структурных мутаций - свойство человеческого генома. А не уникальный признак аутизма или слабоумия. Наша гипотеза: изменения числа копий - важнейший источник генетической гетерогенности при шизофрении. Genome-wide CNV analysis of Schizophrenia - полногеномный анализ изменения числа копий при шизофрении. Шейн Маккарти (и др.)
Теперь я хочу немного рассказать о шизофрении. Методы классической генетики не принесли ничего, кроме разочарования. Вначале надеялись, что окажется, что шизофрению могут вызывать всего несколько мутаций. Но сейчас мы считаем и, быть может, останемся при этом мнении, что шизофрения во многом похожа на аутизм, и очень большое число разных изменений в разных генах могут расстраивать работу нервной системы. В итоге развивается или аутизм, или шизофрения. Но я хотел бы подчеркнуть: мы находимся пока только в самом начале пути. Так что почти всё, что я рассказываю, может оказаться неправдой - но только я так не думаю.
Выборка пациентов. 621 случай (всего 1 195 индивидуумов, включая семьи). Контроль: 647 случаев. Изменения числа копий de novo - 130 семей. Связанные с наследованием от предков - 131 семья. Повтор: 650 - опыт, 750 - контроль. Патрик Салливан, проект «Clinical Antipsychotic Trials of Intervention Effectiveness (CATIE)»
Вот, в общих чертах, что мы делаем.
Редкие повторяющиеся изменения числа копий при шизофрении. Autism CNVs - изменения числа копий при аутизме
Мы начали выявлять изменчивость числа копий при шизофрении, но во многих разных случаях задействованы разные гены.
Вот обобщение результатов, полученных в Массачусетском технологическом институте и у нас. Хотя мы с ними в некотором роде конкуренты, моя команда всё время с ними общалась, так что мы делились информацией. Значения вероятности слишком низкие. Я хочу сказать, что пока еще они недостаточно хороши. Мы думаем, что нам понадобится исследовать 30 000 человек, страдающих шизофренией, прежде чем мы получим представление об общих мутациях. Сейчас, чтобы исследовать одного человека, нужно около тысячи долларов, если ДНК уже собрана для каких-то других целей, в ходе наших исследований. Так что на 30 000 человек нужно 30 миллионов долларов. Как видите, деньги немалые.
Должен сказать, откуда мы добывали деньги, чтобы расходовать миллионы долларов. Эти деньги были не государственные, а от родителей, у которых дети страдают аутизмом или какими-то психическими заболеваниями. Все работы по аутизму поддерживает фонд, основанный математиком Джимом Саймонсом, который оставил должность заведующего отделением математики в Университете Стони-Брук, чтобы заниматься финансовыми инвестициями. В прошлом году он заработал три миллиарда долларов - с помощью математики. Но у него есть дочь, которая страдает аутизмом. Он поддерживает эти работы, а есть еще семья Стэнли, у их сына биполярное расстройство, и они уже пожертвовали 200 миллионов долларов на исследования шизофрении и биполярного расстройства.
Генеалогическое древо семьи с дупликацией участка p11 16-й хромосомы: психические расстройства. Тревога, депрессии, попытки самоубийства к 20 годам. «Spectrum» - аутизм в широком смысле; ADHD - синдром дефицита внимания и гиперактивности; Autism - аутизм
Большая часть наследственной изменчивости человека связана с изменением числа копий. Выявлено более 3 000 участков с измененным числом копий, что составляет более 15% генома. Любые два индивидуума в среднем отличаются более чем четырьмя миллионами пар нуклеотидных оснований по числу копий (число копий - 1/800 пар нуклеотидов, изменения отдельных нуклеотидов - 1/1200 пар). Изменчивость генома в целом значительно выше, чем первоначально считалось (геномы людей различаются на 0,2%, а не на 0,1%, из них 0,08% - однонуклеотидные полиморфизмы, больше 0,12% - изменчивость числа копий участков ДНК)
И хотя цифры у меня устаревшие, но я думаю, и это интересно, что где-то половина наследственной изменчивости у человека есть результат вот таких изменений числа генов. А другая половина связана с заменой А на Т, или с добавлением нуклеотида, или с выпадением нуклеотида. Но некоторые из таких изменений могут затрагивать миллионы оснований, они бывают очень масштабными, и могут касаться множества генов.
Комплексное нарушение генома - обычная болезнь. Для 50 участков. Частота мутаций = 1/200 индивидуумов
Вот упрощенная схема генома человека, примерно так все человеческие геномы на самом деле и выглядят. Во всех хромосомах можно найти участки, где число копий или увеличено, или уменьшено. И причина появления таких участков (это я говорю для специалистов) состоит в том, что из-за повторяющихся последовательностей ДНК происходит кроссинговер, кроссинговер в неправильных местах. Про такие места ферменты, которые осуществляют кроссинговер, думают, что они одинаковые. Они и есть одинаковые, но находятся в разных частях хромосомы, и вот происходит такой кроссинговер. Итак, можно сказать, что человеческому геному всегда свойственна изменчивость по числу копий. И это, на самом деле, довольно распространенный тип изменчивости.
Сильная ассоциация возникающих de novo изменений числа копий с аутизмом. (Исключая наследственные геномные аномалии)
Что Уиглер хотел прежде всего сделать в самом начале - это понять, наблюдается ли такое явление при аутизме, болезни, при которой дети не могут говорить, и у них часто большие проблемы с обучаемостью, низкий интеллектуальный коэффициент, и нередко в их поведении повторяются одни и те же действия, и они очень несчастны. Неудивительно, что их поведению свойственны такие повторности. Худшее, что может постичь родителей, из всех болезней, которыми страдают дети, - это, наверное, аутизм. Я хочу сказать, что растить такого ребенка очень и очень сложно. Уиглер сделал вот что: он исследовал ДНК в тех случаях, когда оба родителя казались нормальными, а у ребенка был аутизм. И группа Уиглера выяснила, что около 10% детей с аутизмом были лишены больших участков ДНК. Так что аутизм был вызван выпадением ДНК, наличием одной копии вместо двух, но это нередко мог быть большой участок, включающий штук 20 генов.
До Уиглера считалось, что аутизм возникает лишь тогда, когда задействованы несколько разных генов. Но это необычная болезнь, потому что из хромосомы выпадают участки, и если такая хромосома с выпавшим участком достанется мальчику, то у него будет аутизм. А если эта же хромосома окажется у девочки, то у нее аутизма не будет. По какой-то причине соотношение здесь примерно 5 : 1. Так что у девочек встречается аутизм, но намного реже, чем у мальчиков. Если родится девочка, и она унаследует испорченную хромосому, она может говорить и всё такое. Но у половины ее сыновей будет аутизм, потому что им достанется эта плохая хромосома, а если она достается мальчику, то будет так. Собственно, за пару поколений такая хромосома исчезнет. Она будет проявляться у мальчиков, и в итоге исчезнет.
Итак, аутизм, как мы только что видели, связан не с генами, существовавшими ранее, а с возникновением новых генов. Была такая теория, выдвинутая вскоре после второй мировой войны психологом, работавшим в Чикагском университете. Там была специальная школа для детей с аутизмом, потому что родители не могли с ними справляться, и этот психолог обратил внимание на то, что матери детей с аутизмом, по его словам, проявляли очень мало интереса к своим детям. Он назвал их «матери-айсберги». И по его теории причиной аутизма был недостаток внимания и заботы со стороны родителей. Эта теория всем очень не понравилась. Ведь это звучит ужасно. Но, вероятно, это явление, существование которого впоследствии подтвердил английский психолог Саймон Барон-Коэн, сперва работавший в Лондоне, а теперь в Кембридже, связано с тем, что матерям - носительницам испорченной хромосомы самим свойствен аутизм в легкой форме, поэтому они и не интересуются детьми или интересуются, но очень слабо.
Похоже на то, что примерно половина случаев аутизма возникает ни с того ни с сего, матери заботятся о детях и не отличаются от других матерей, но в тех случаях, когда мать унаследовала испорченную хромосому, это приводит к недостатку внимания, уделяемого детям.
Так почему же у женщин есть эта устойчивость? При том эта устойчивость не полная, слегка болезнь проявляется, это видно, если у них есть дети. В этих данных пока нет ничего утешительного. В наши дни люди пытаются исследовать аутизм, используя мышей, задействовав у них соответствующие гены.
Полученные выводы. Существует сильная ассоциация возникающих de novo изменений числа копий с единичными случаями аутизма: 10% единичных случаев, 3% множественных, 1% контрольных («единичные» и «семейные» случаи аутизма отличаются достаточно четко). 9/14 (больше 60%) возникающих de novo изменений числа копий оказались «частными мутациями». Для получения данных, однозначно свидетельствующих о том, какие участки генома здесь задействованы, потребуются более крупные выборки
Трудность в том, что большинство случаев аутизма, по-видимому, происходят от новых мутаций, и это не то, что изменения, существовавшие ранее.
Выявленные у исследованных людей изменения числа копий, возникшие de novo
Есть и еще одно затруднение, серьезное затруднение, касающееся аутизма. Есть такое нарушение, синдром Аспергера, при нём у детей нормальный интеллект, но они очень некоммуникабельны. Теперь этот синдром считают разновидностью аутизма. А встречается он чаще, чем классический аутизм. Так что частота встречаемости аутизма, которая, как считалось, составляет одного человека на тысячу, на самом деле ближе к одному на сотню, если считать и людей с синдромом Аспергера. Эти люди склонны зацикливаться на чём-нибудь, с другими людьми они плохо общаются, но иногда обладают блестящими интеллектуальными способностями. И отношение мальчиков к девочкам здесь примерно 10 : 1.
Писали, что у Билла Гейтса синдром Аспергера. Он людям предпочитал компьютеры. Не знаю, правда это или нет, и хорошо это или плохо. Некоторые авторы теперь пишут, что у Эйнштейна мог быть аутизм в легкой форме. И может оказаться правдой, что половине по-настоящему одаренных математиков свойствен в той или иной степени синдром Аспергера. Так что есть некоторая связь между синдромом Аспергера и математикой, и в этом было бы очень интересно разобраться, потому что некоторые математики, напротив, прекрасно общаются с другими людьми, но мне еще в детстве говорили, что математики - люди со странностями. И я думаю, что в этом есть доля истины. Самые крайние случаи - это люди с синдромом саванта, которые могут в уме делать фантастические расчеты, но при этом сами они совершенно безнадежны, их любой назовет идиотами.
И мне представляется возможным, что во многих обществах шел отбор против математических способностей. Потому что они делают людей менее коммуникабельными.
Редкие мутации, вызывающие аутизм, - лишь надводная часть айсберга? Cytogenetically visible - видимые на цитогенетическом уровне; Submicroscopic (this study) - субмикроскопические (обсуждаемые здесь исследования); Heritable Genetic Variants - наследуемые изменения генома
Мы сейчас находимся лишь на раннем этапе изучения этих явлений. В начале мы думали, что такая изменчивость числа копий генов отвечает примерно за 10% случаев аутизма. Но теперь, благодаря технологии ДНК-чипов, которая позволяет выявлять всё более маленькие участки изменчивости по числу копий, получается, что эта доля может составлять по крайней мере 30%. А может, и 50%, потому что чем меньше участки, тем сложнее их выявить.
Около половины наследственных болезней человека могут быть связаны с изменениями такого рода, а другая половина связана с изменениями классического типа, где одно основание заменяется на другое. Но для работы на уровне геномов секвенирование ДНК было до сих пор слишком дорогим методом. Теперь всё меняется, и скоро, исследуя изменчивость по числу копий, мы найдем конкретные участки ДНК, которые выпадают или которых слишком много, и это приводит к аутизму. Тогда мы отсеквенируем ДНК большого числа людей с аутизмом и узнаем, какая доля аутизма вызывается мутациями классического типа. Так что от тех 10% мы дойдем до 50%, по мере совершенствования методов. И мы, возможно, найдем крошечные участки, которые пока не были обнаружены. Посмотрим.
Итак, аутизм может наследоваться, если соответствующий ген оказывается вначале у женщины. Тогда аутизм может передаться ее потомству.
Изменения числа копий и шизофрения. Высокая частота структурных мутаций - свойство человеческого генома. А не уникальный признак аутизма или слабоумия. Наша гипотеза: изменения числа копий - важнейший источник генетической гетерогенности при шизофрении. Genome-wide CNV analysis of Schizophrenia - полногеномный анализ изменения числа копий при шизофрении. Шейн Маккарти (и др.)
Теперь я хочу немного рассказать о шизофрении. Методы классической генетики не принесли ничего, кроме разочарования. Вначале надеялись, что окажется, что шизофрению могут вызывать всего несколько мутаций. Но сейчас мы считаем и, быть может, останемся при этом мнении, что шизофрения во многом похожа на аутизм, и очень большое число разных изменений в разных генах могут расстраивать работу нервной системы. В итоге развивается или аутизм, или шизофрения. Но я хотел бы подчеркнуть: мы находимся пока только в самом начале пути. Так что почти всё, что я рассказываю, может оказаться неправдой - но только я так не думаю.
Выборка пациентов. 621 случай (всего 1 195 индивидуумов, включая семьи). Контроль: 647 случаев. Изменения числа копий de novo - 130 семей. Связанные с наследованием от предков - 131 семья. Повтор: 650 - опыт, 750 - контроль. Патрик Салливан, проект «Clinical Antipsychotic Trials of Intervention Effectiveness (CATIE)»
Вот, в общих чертах, что мы делаем.
Редкие повторяющиеся изменения числа копий при шизофрении. Autism CNVs - изменения числа копий при аутизме
Мы начали выявлять изменчивость числа копий при шизофрении, но во многих разных случаях задействованы разные гены.
Вот обобщение результатов, полученных в Массачусетском технологическом институте и у нас. Хотя мы с ними в некотором роде конкуренты, моя команда всё время с ними общалась, так что мы делились информацией. Значения вероятности слишком низкие. Я хочу сказать, что пока еще они недостаточно хороши. Мы думаем, что нам понадобится исследовать 30 000 человек, страдающих шизофренией, прежде чем мы получим представление об общих мутациях. Сейчас, чтобы исследовать одного человека, нужно около тысячи долларов, если ДНК уже собрана для каких-то других целей, в ходе наших исследований. Так что на 30 000 человек нужно 30 миллионов долларов. Как видите, деньги немалые.
Должен сказать, откуда мы добывали деньги, чтобы расходовать миллионы долларов. Эти деньги были не государственные, а от родителей, у которых дети страдают аутизмом или какими-то психическими заболеваниями. Все работы по аутизму поддерживает фонд, основанный математиком Джимом Саймонсом, который оставил должность заведующего отделением математики в Университете Стони-Брук, чтобы заниматься финансовыми инвестициями. В прошлом году он заработал три миллиарда долларов - с помощью математики. Но у него есть дочь, которая страдает аутизмом. Он поддерживает эти работы, а есть еще семья Стэнли, у их сына биполярное расстройство, и они уже пожертвовали 200 миллионов долларов на исследования шизофрении и биполярного расстройства.
Генеалогическое древо семьи с дупликацией участка p11 16-й хромосомы: психические расстройства. Тревога, депрессии, попытки самоубийства к 20 годам. «Spectrum» - аутизм в широком смысле; ADHD - синдром дефицита внимания и гиперактивности; Autism - аутизм