Исследование рассеянного склероза у близнецов позволило выявить влияние окружающей среды и генетики
Исследователи из Цюрихского университета и мюнхенской больницы LMU Klinikum изучили иммунную систему пар монозиготных близнецов, чтобы определить влияние окружающей среды и генетики на случаи рассеянного склероза. В процессе исследования они, возможно, обнаружили клетки-предшественники вызывающих болезнь Т-клеток. Исследование опубликовано в журнале Nature.
Рассеянный склероз (РС) - это хроническое воспалительное заболевание центральной нервной системы и наиболее распространенная причина неврологических нарушений у молодых взрослых. При РС собственная иммунная система пациента атакует головной и спинной мозг, что приводит к кумулятивным неврологическим нарушениям, таким как повреждение зрения, сенсорные нарушения, двигательные нарушения (например, ограничение способности ходить), а также когнитивные нарушения.
Хотя причина РС до сих пор не ясна, с заболеванием уже связаны различные генетические факторы риска и влияние окружающей среды. Исследования последних лет ясно показали, что генетические варианты риска являются необходимым условием для развития рассеянного склероза.
"На основании нашего исследования мы смогли показать, что примерно половина состава нашей иммунной системы определяется генетикой", - говорит Флориан Ингельфингер, кандидат наук в Институте экспериментальной иммунологии UZH. Исследование группы под руководством иммунолога Буркхарда Бехера, профессора Института экспериментальной иммунологии UZH, и исследовательских групп Лизы Энн Гердес и Эдуардо Белтрана из Института клинической нейроиммунологии при клинике LMU показывает, что эти генетические влияния, хотя и всегда присутствуют у пациентов с РС, сами по себе не являются достаточными для развития рассеянного склероза.
В исследовании приняли участие 61 пара монозиготных близнецов, в которых один из близнецов страдает РС, а второй - здоров. Таким образом, с генетической точки зрения близнецы были идентичны. "Хотя здоровые близнецы также имели максимальный генетический риск развития РС, у них не было клинических признаков заболевания", - говорит Лиза Энн Гердес.
Благодаря этой уникальной во всем мире когорте однояйцевых близнецов исследователи смогли исключить генетическое влияние, сравнивая близнецов с рассеянным склерозом и без него.
"Мы изучаем главный вопрос: как иммунная система двух генетически идентичных людей приводит к значительному воспалению и обширному повреждению нервов в одном случае, и к отсутствию повреждений в другом", - объясняет Буркхард Бехер. Использование однояйцевых близнецов позволило международной команде ученых исключить генетическое влияние и конкретно отследить изменения в иммунной системе, которые в конечном итоге привели к развитию РС у одного из близнецов.
Исследователи использовали самые современные технологии для подробного описания иммунных профилей пар близнецов. "Мы используем комбинацию масс-цитометрии и новейших методов генетики в сочетании с машинным обучением, чтобы не только определить характерные белки в иммунных клетках больного близнеца в каждом случае, но и расшифровать совокупность всех генов, включенных в этих клетках", - объясняет Флориан Ингельфингер.
Эдуардо Бельтран, эксперт по одноклеточной геномике, добавляет: "Это гарантирует, что мы получим столько информации, сколько в настоящее время технически возможно из этих ценных образцов". Команда использует различные алгоритмы, основанные на искусственном интеллекте, для извлечения нужных сведений из этого огромного набора данных.
"Удивительно, но мы обнаружили, что самые большие различия в иммунных профилях близнецов, страдающих РС, находятся в цитокиновых рецепторах, то есть в том, как иммунные клетки общаются друг с другом. Цитокиновая сеть - это как язык иммунной системы", - говорит Ингельфингер.
Исследователи обнаружили, что повышенная чувствительность к определенным цитокинам приводит к большей активации Т-клеток в крови пациентов с рассеянным склерозом. Эти Т-клетки с большей вероятностью мигрируют в центральную нервную систему пациентов и вызывают там повреждения.
Выявленные клетки имели характеристики недавно активированных клеток, которые находились в процессе развития в полностью функциональные Т-клетки. Возможно, мы обнаружили здесь клеточный "большой взрыв" РС - клетки-предшественники, которые дают начало вызывающим болезнь Т-клеткам", - говорит Бехер.
"Результаты этого исследования особенно ценны по сравнению с предыдущими исследованиями РС, которые не контролировали генетическую предрасположенность", - говорит Буркхард Бехер. "Таким образом, мы можем выяснить, на какую часть иммунной дисфункции при РС влияют генетические компоненты, а на какую - факторы окружающей среды. Это имеет фундаментальное значение для понимания развития болезни".
"Эта уникальная возможность раскрыть влияние генетики и окружающей среды при рассеянном склерозе появилась благодаря нашим пациентам, которые согласились принять участие в исследовании", - сказала Лиза Энн Гердес.
