Геномные методы, в частности секвенирование экзома и целого генома, занимают центральное место в диагностике редких генетических заболеваний. Например, диагностика врожденных ошибок метаболизма (ВОМ) — метилмалоновой ацидурии (ММА) — в значительной степени опирается на выявление геномных мутаций.
Однако существующий подход имеет свои ограничения. ММА может быть вызвана дефектами примерно в 20 генах. Использование ДНК-подхода неоднократно приводило к тому, что правильный диагноз не ставился, и по данным предыдущих исследований, только от одной трети до половины всех случаев заболевания могут быть правильно диагностированы таким образом.
«Причина в том, что у каждого человека, даже здорового, имеется множество естественных генетических мутаций, которые не оказывают видимого влияния на здоровье человека, поэтому трудно найти одну или две, которые действительно вызывают заболевание», — говорит Бернд Волльшайд, доктор философии, профессор кафедры медицинских наук и технологий ETH Zurich.
ММА — неизлечимое нарушение обмена веществ, которым страдает примерно один из 90 000 новорожденных. Пациенты не могут метаболизировать метималонил-коэнзим А, в результате чего в организме накапливается метилмалоновая кислота. В результате возникает повышенная утомляемость, рвота, обезвоживание, слабость мышц, нарушение кислотно-основного равновесия, а у некоторых пациентов — повышенный уровень аммиака. Хотя врачи могут оказать определенную помощь, у пациентов может наблюдаться задержка роста, почечная недостаточность, тяжелые неврологические нарушения. Пострадавшие дети и подростки часто пользуются инвалидными колясками и не всегда доживают до зрелого возраста.
Теперь группа исследователей применила многоуровневый подход к диагностике ММА с помощью омического профилирования и объединила его с биохимическими и клиническими особенностями людей с ММА. В результате молекулярный диагноз был поставлен в 177 из 210 (84%) случаев.
Эта работа опубликована в журнале Nature Metabolism в статье «Integrated multi-omics reveals anaplerotic rewiring in methylmalonyl-CoA mutase deficiency».
Университетская детская клиника Цюриха является одним из ведущих мировых центров по диагностике и лечению ММА. Образцы пациентов со всего мира направляются в Цюрих для диагностики. В рамках этого крупного междисциплинарного проекта ученые детально изучили 210 биопсий, объединив многоуровневый омический подход с клиническими результатами.
Новая диагностическая стратегия позволила правильно поставить диагноз 84% обследованных пациентов, у большинства из которых (148 человек) были обнаружены патогенные варианты метилмалонил-КоА-мутазы (MMUT).
«В перспективе наш новый метод резко повысит шансы пациентов на постановку правильного диагноза», — говорит Патрик Форни, доктор медицины, доктор философии, бывший врач по детской метаболической медицине Университетской детской больницы в Цюрихе, а ныне постдоктор-исследователь Медицинской школы Вашингтонского университета в Сент-Луисе. «Это позволит назначать правильное лечение на гораздо более ранних стадиях».
Наконец, данные мультиомики выявили дисрегуляцию цикла трикарбоновых кислот — этот факт был дополнительно исследован с помощью мультиорганной метаболомики на гемизиготной модели мыши Mmut. Дополнительные эксперименты показали, что лечение диметил-оксоглутаратом восстанавливает цикл трикарбоновых кислот, что позволяет рассматривать восполнение запасов глутамина как потенциальный метод лечения ММА.
Дальнейшие исследования покажут, будет ли такой подход иметь тот же эффект на животных моделях и сможет ли он привести к реальной терапии для пациентов. Кроме того, исследователи начали новый национальный междисциплинарный и межинституциональный проект SwissPedHealth, софинансируемый PHRT и Швейцарской сетью персонализированного здравоохранения (SPHN), с целью дальнейшего повышения эффективности диагностики и распространения мультиомического подхода на другие генетические заболевания.
