Retos mutacijos išryškina 8 naujus šizofrenijos rizikos genus

Didžiausia iki šiol atlikta viso genomo egzomo sekoskaitos metaanalizė, atlikta sergant šizofrenija, praplėtė ligos „genetinio žemėlapio“ ribas. Tyrėjai sujungė naujus 4650 pacientų ir 5719 kontrolinių asmenų duomenis su anksčiau paskelbtais duomenų rinkiniais, padidindami imtį iki 28 898 atvejų, 103 041 kontrolinės grupės ir 3444 probando-tėvų trio. Rezultatas – du rizikos genai, kurių reikšmingumas yra griežtas egzomas (STAG1 ir ZNF136), ir dar šeši, kurių FDR < 5 %. Šis darbas sustiprina sutrikusios chromatino organizacijos vaidmenį ir siūlo konkrečius kandidatus modeliams ir taikinių biologijai.

Svarbi detalė yra ta, kad jie ne tik padidino statistiką, bet ir parodė retų bei dažnų variantų konvergenciją: pagal GWAS tame pačiame lokuse STAG1 ir KLC1 atveju yra „smulkiai apibrėžtos“ asociacijos, o STAG1 atveju tai sudaro „alelių seriją“ – nuo dažnų silpnų alelių iki retų, bet stiprių žalingų mutacijų. Tai padidina tikimybę, kad retų variantų modeliuose matomi mechanizmai bus aktualūs plačiai klinikai.

Fonas

Šizofrenija yra viena iš „genetiškai sudėtingiausių“ psichikos ligų: jos paveldimumas vertinamas 60–80 %, prie to prisideda tiek tūkstančiai įprastų mažo poveikio alelių (GWAS žemėlapis jau apima šimtus lokusų), tiek retos, bet „stipresnės“ mutacijos koduojančiuose genomo regionuose. Šiuolaikiniai dideli GWAS rodo, kad signalai ypač sukoncentruoti genuose, kurie veikia sužadinančiuose ir slopinančiuose neuronuose ir yra susiję su sinapsiniu perdavimu, t. y. smegenų tinklų „sujungimu“. Būtent todėl reti, žalingi variantai yra įdomūs kaip „mechaniniai inkarai“: jie yra mažiau tikėtini, bet geriau išryškina pažeidžiamus biologinius kelius.

Pastaraisiais metais SCHEMA konsorciumas surinko ir sujungė egzomų duomenis ir pirmą kartą užtikrintai pademonstravo, kad reti „nutrūkstantys“ variantai (priešlaikiniai stop kodonai, didelės žalos misensas) daugelyje genų reikšmingai padidina šizofrenijos riziką. Tuo metu, esant griežtam reikšmingumo lygmeniui, buvo įmanoma „pagauti“ apie keliolika genų ir apibrėžti svarbius ryšius su kitais neurologinės raidos sutrikimais (autizmu, epilepsija, protiniu atsilikimu) – dar vienas argumentas, kad šios būklės turi bendrą biologinę architektūrą. Tačiau net ir tokios metaanalizės susidūrė su statistinės galios trūkumu: norint užtikrintai pridėti naujų genų, reikia dešimčių tūkstančių egzomų ir atvejo kontrolės bei trejopo (de novo mutacijų paieškos) derinio.

Šią spragą bando užpildyti dabartinis straipsnis žurnale „Nature Communications“: autoriai išplečia egzomo imtį iki maždaug 29 000 atvejų, >100 000 kontrolinių grupių ir 3400 trio, derindami naujus ir paskelbtus duomenis, kad išskirtų retos mutacijos signalą egzomo reikšmingumo lygmenyje ir patikrintų, ar jis konverguoja su bendrų alelių žemėlapiu (GWAS). Šis retų ir bendrų variantų susiejimas yra labai svarbus nustatant biologijos prioritetus: jei lokusas patvirtinamas iš abiejų pusių, tikimybė, kad tai iš tiesų yra priežastinis genas / kelias, smarkiai padidėja.

Teoriškai tai duoda du praktinius rezultatus. Pirma, tikslūs modeliai (iPSC neuronai, CRISPR) specifiniams rizikos genams – nuo chromatino/transkripcijos organizacijos reguliatorių iki sinapsės perdavimo ir aksonų pernašos dalyvių. Antra, būsimų klinikinių tyrimų biologinė stratifikacija: pacientų, turinčių retų „inkarinių“ mutacijų, pogrupiai gali skirtingai reaguoti į vaistus, turinčius įtakos slopinančiajai perdavimui, sinapsės plastiškumui ar genų reguliavimui. Tačiau kad ši logika veiktų, retų variantų žemėlapis turi tapti tankesnis – todėl kitas „šuolis“ egzomo tūrio ir integracijos su GWAS srityje yra labai svarbus.

Ką tiksliai jie rado?

• Egzomo reikšmė (Bonferroni):
  STAG1 (PTV + misensinis MPC > 2; P = 3,7 × 10⁻⁸) yra kohesino komplekso komponentas, svarbus genomo erdvinei architektūrai (TAD, transkripcijos reguliavimas);
  ZNF136 (PTV; P = 6,2 × 10⁻⁷) yra KRAB cinko piršto represorius, jo funkciniai tyrimai yra prasti.
• Nauji genai, kurių FDR < 5%:
  SLC6A1 (GAT-1, GABA transporteris; asociacija per misesensą),
  KLC1 (kinezino lengvoji grandinė; misesensas),
  PCLO (Piccolo, aktyvi sinapsių zona),
  ZMYND11 (H3.3K36me3 žymės skaitytuvas, transkripcijos reguliavimas),
  BSCL2 (seipinas, EP biologija),
  CGREF1 (ląstelių augimo reguliatorius).
• Kryžminimas su kitais sutrikimais: retų koduojančių STAG1, SLC6A1, ZMYND11, CGREF1 variantų praturtėjimas pastebėtas neurologinės raidos ir psichikos sutrikimuose, o tai dar labiau rodo bendrą genetinę architektūrą.

Kodėl tai svarbu? Pirma, sustiprėjo „chromatino“ linija: STAG1 tiesiogiai rodo genomo topologijos (kohezino, TAD ribų) pažeidžiamumą, o tai atitinka ankstesnius signalus apie variantus, kurie sutrikdo DNR struktūrinę organizaciją. Antra, SLC6A1 yra aiškus tiltas į GABAerginę disfunkciją: kenksmingos misensinės mutacijos GABA transporteryje yra logiškai susijusios su slopinamojo perdavimo pokyčiais. Trečia, PCLO ir KLC1 į paveikslą įtraukia sinapsinės zonos ir aksonų pernašos komponentus – lygius, kuriuose lengvai sutrikdoma subtili signalų „logistika“.

Kaip tai buvo padaryta – ir kodėl pasitikėti

• Nauja kohorta + metaanalizė: vieši egzomo duomenys buvo pridėti prie naujų 4 650/5 719, atlikta retų koduojančių variantų (PTV, „missense“ su MPC slenksčiais) genų analizė, atvejo kontrolės ir de novo signalai iš trijų grupių buvo metaanalizuoti atskirai. Egzomo reikšmingumo slenkstis buvo 1,63 × 10⁻⁶ (30 674 testai).
• Artefaktų kontrolė: sekoskaitos aprėpties analizė, jautrūs „sinoniminių“ pavienių vienetų patikrinimai kontrolinėse/atvejuose – dėl to retų žalingų variantų poveikis atrodo konservatyviai įvertintas, o ne klaidingai teigiamas.
• Duomenų sluoksnių konvergencija: retas kodavimas + dažni aleliai (GWAS tikslusis žemėlapis) + ryšys su CNV lokusais (pvz., NRXN1) – klasikinė „trianguliacija“, didinanti priežastingumo patikimumą.

Ką tai papildo seną SCHEMA vaizdą?

• Prieš šį darbą maždaug 12 genų turėjo reikšmę egzomui; autoriai patvirtino ir „padidino“ dviejų FDR kandidatų (STAG1, ZNF136) kiekį iki griežtos ribos ir „pridėjo“ dar šešis, kai FDR buvo < 5 %. Kitaip tariant, egzomo žemėlapis išsiplėtė ir tapo tikslesnis.

Praktinė reikšmė – kelerių metų horizonte

• Modeliai ir taikinių atranka:
  • STAG1/KLC1 kaip „dvigubi“ kandidatai (reti + dažni variantai) – pirmasis prioritetas ląstelių/gyvūnų modeliams;
  • SLC6A1 – natūralus pradinis taškas tiriant GABAerginę farmakologiją pacientų pogrupiuose.
• Funkciniai eksperimentai:
  • chromatino pėdsakų skaitymas, alelių CRISPR redagavimas, TAD ribų analizė atitinkamuose neuronų tipuose ir vystymosi stadijose; • SLC6A1/KLC1
  misensinių mutacijų poveikio transportui ir transporteriams neuronuose tyrimas.
• Klinikinė perspektyva:
  • ne apie „rytojaus klinikoje vyksiantį tyrimą“, o apie stratifikaciją ir biologinius pogrupius būsimuose tyrimuose;
  • galimas ryšys tarp genetinio profilio ir atsako į vaistus, kurie veikia slopinamąją perdavimą arba chromatino reguliaciją.

Apribojimai

• Egzomas koduoja regionus; neaptinka retų reguliacinių variantų nekoduojančiuose regionuose (čia bus aptikta WGS).
• Dauguma funkcinių išvadų yra išvados, padarytos remiantis genų anotacijomis; ZNF136 beveik neturi mechanizmų – dar priešakyje – „šlapioji“ biologija.
• Retų mutacijų poveikis yra didelis, bet retas; jos „nepaaiškina“ visos ligos, o žymi pažeidžiamus kelius.

Ko mokslas paklaus toliau?

• Viso genomo sekoskaita (WGS), skirta ieškoti retų nekoduojančių variantų, kurie sutrikdo TAD ribas ir stiprintuvo-promotoriaus kontaktus.
• Naujų rizikos genų (ypač ZNF136, CGREF1, BSCL2 ) funkcinis patvirtinimas žmogaus iPSC kilmės neuronuose.
• Omnikų derinimas: egzomas + vienos ląstelės transkriptomas + epigenomas besivystančiose smegenyse – siekiant nustatyti, „kada ir kur“ įvyksta mutacija.

Išvada

Retos „proveržio“ mutacijos ir toliau atskleidžia pažeidžiamus šizofrenijos mechanizmus – nuo chromatino architektūros (STAG1) iki GABAerginės transmisijos (SLC6A1). Konvergencija su duomenimis iš dažnų variantų daro šiuos genus geriausiais kandidatais funkcinei biologijai ir būsimai pacientų stratifikacijai.

Šaltinis: Chick SL ir kt. Viso egzomo sekoskaitos analizė nustato šizofrenijos rizikos genus. „Nature Communications“, 2025 m. rugpjūčio 2 d. https://doi.org/10.1038/s41467-025-62429-y