język genetyki stał się częścią kultury popularnej. „Zdolności muzyczne są w jego DNA”, mówimy. Reklamy telewizyjne zapraszają nas do testów DNA, które powiedzą nam nasze etniczne dziedzictwo, lub, jak to mówią, z czego jesteśmy ” stworzeni.”Co DNA może nam powiedzieć o tym, z czego składa się autyzm? Jakie są możliwości i pułapki genetyki w wyjaśnieniu autyzmu i znalezieniu leczenia? Jak geny i nasze środowisko oddziałują na autyzm? Mamy nadzieję odpowiedzieć na te pytania w tym i przyszłych artykułach, ale najpierw pomaga rozbić, co te pojęcia naprawdę oznaczają.
genetyka rozwija się wykładniczo, ponieważ wielu z nas – szczególnie tych urodzonych przed 1990 rokiem – uczyło się biologii w liceum. Jako przykład tej zmiany, rozważ jeden kulturalny kamień milowy, historię detektywistyczną. W ostatnich dziesięcioleciach DNA stało się gwiazdą niektórych dramatów kryminalnych, takich jak CSI: Crime Scene Investigation, zajmując miejsce niegdyś zajmowane przez takich Sherlocka Holmesa czy porucznika Columbo. Wiemy, że DNA jest ważne dla łapania przestępców i znajdowania dawno zaginionych krewnych. Ale czym dokładnie jest ta maleńka cząsteczka, która zawiera tyle informacji?
rozszyfrowanie DNA
krótko mówiąc, DNA jest kwasem deoksyrybonukleinowym, cząsteczką zawierającą całą instrukcję robienia cię tym, kim jesteś. Twoje DNA można znaleźć w każdej komórce twojego ciała, i, jeśli nie masz identycznego bliźniaka, jest to w zasadzie unikalne dla Ciebie.1
DNA składa się z czterech substancji chemicznych, reprezentowanych przez litery A, C, G I T. łączą się one w określonej kolejności wzdłuż dwóch nici skręconej drabiny. (To jest podwójna helisa, którą studiowałeś na biologii.) Litera A zawsze łączy się z T, A C Z G. bloki tych par chemicznych, o długości od tysięcy do 2 milionów par, tworzą jeden gen.2
„nasze geny są jak Instrukcja obsługi lub książka, którą nasze ciało czyta, aby określić, jak wyglądamy, jak dorastamy i jak funkcjonujemy”, wyjaśniła Alyssa Blesson, certyfikowany doradca genetyczny w Kennedy Krieger Institute w Baltimore.
myśl o Genie jako pakiecie DNA z określonym zadaniem, takim jak wytwarzanie białka, które twoje ciało musi zrobić lub stworzyć coś. Geny zawierają instrukcje dotyczące wytwarzania hemoglobiny, białka w krwinkach czerwonych, które przenosi tlen z płuc do innych części ciała. Inne geny mają za zadanie sprawić, że twoje włosy staną się ciemnobrązowe, oczy piwne lub Twoja grupa krwi O.
twoje geny – ponad 20 000 z nich – leżą wzdłuż 46 chromosomów. Połowa chromosomów – dokładnie 23 – pochodzi od biologicznego ojca, a połowa od biologicznej matki. Zestawy, które otrzymujesz od każdego rodzica, są dopasowane (masz dwie kopie każdego chromosomu od 1 do 22), z wyjątkiem chromosomów płciowych. Są one znane z liter X i Y. dziewczynki dziedziczą po jednym chromosomie X od każdego rodzica; chłopcy dziedziczą X od matki, a y od taty.
przez wiele lat większość tego, co wiedzieliśmy o warunkach genetycznych, pochodziło z analizy chromosomów lub niektórych genów. Niektóre zaburzenia rozwojowe są spowodowane brakiem lub dodatkowym chromosomem, który zwykle występuje w momencie zapłodnienia. Zespół Downa jest spowodowany posiadaniem trzech kopii chromosomu 21, zamiast zwykłych dwóch. Zespół kruchego X jest spowodowany zmianą jednego genu na chromosomie X. Autyzm dotyka niezwykle dużą liczbę osób z zespołem Downa (5 do 10 procent3) i kruchym X (prawie jedna trzecia4). Jak widać, różne uwarunkowania genetyczne były związane z autyzmem.
nasza wiedza na temat genetyki autyzmu – i genetyki w ogóle – zaczęła eksplodować w XXI wieku. To mniej więcej Czas, w którym naukowcy z całego świata zakończyli dziesięcioletnie zadanie mapowania wszystkich genów, które noszą ludzie, co nazywa się ludzkim genomem.
laboratoria opracowały testy, które pozwalają im wykryć zmiany, nawet bardzo małe, w DNA lub chromosomach danej osoby. Jednym z takich testów genetycznych – a jest ich wiele-jest test mikromacierzy chromosomowych. W tym teście laboratorium nie tylko szuka brakującego lub dodatkowego chromosomu, ale także brakującego lub dodatkowego fragmentu chromosomu. W zależności od wielkości kawałka, osoba może mieć jeden lub więcej dodatkowych lub brakujących genów.
te zmiany na chromosomie są nazywane wariacjami lub wariantami liczby kopii, w skrócie CNVs. Lekarz może zalecić inne testy genetyczne dla kogoś z autyzmem, jak również.5 Zmiany w jednym genie lub fragmencie chromosomu są czasami nazywane mutacjami.
czy genetyka oznacza dziedziczenie?
zmiana genetyczna może być dziedziczona bezpośrednio od rodzica lub może wystąpić po raz pierwszy u dziecka, powiedziała pani Blesson. Zmiany genetyczne, które nie są dziedziczone po mamie lub tacie, nazywane są „de novo”, co jest łacińskim terminem oznaczającym „nowy.”Trudno dokładnie powiedzieć, dlaczego pojawia się konkretna nowa mutacja. Te mutacje de novo mogą wyjaśniać, dlaczego ktoś ma autyzm lub inną chorobę, kiedy nikt inny w jego rodzinie nie ma.
mutacje niekoniecznie są dobre lub złe i mogą być przekazywane przyszłym pokoleniom. Niektóre mutacje nie wpływają na zdrowie, takie jak te, które doprowadziły do czerwonych włosów. Inne mogą przynieść korzyści, takie jak mutacja, która chroni ludzi przed cukrzycą typu 2.6
od lat 70.naukowcy uważają, że ryzyko autyzmu jest silnie uzależnione od czynników genetycznych, na podstawie badań bliźniąt.7 więcej niż trzy czwarte czasu, jeśli jeden bliźniak ma autyzm, jego bliźniak też.8. Co ciekawe, liczba ta nie jest 100 procent, co sugeruje, że inne czynniki wpływają na rozwój autyzmu u dziecka. (Więcej o tym później.)
polowanie na zmiany genetyczne
CNVs, dodatkowe lub brakujące fragmenty chromosomu, są jednym z celów badań nad autyzmem. Jeśli wystarczająco dużo osób z autyzmem ma ten sam CNV, naukowcy mogą podejrzewać związek z autyzmem. Badając geny w tym miejscu i co mają zrobić, naukowcy mają nadzieję odkryć, co powoduje autyzm-i być może, pewnego dnia, co może leczyć jego objawy.
badacze zbadali DNA z kolekcji Simons Simplex, która obejmuje 2600 rodzin, z których każda ma jedno dziecko z autyzmem. Badanie jest tak nazwane, ponieważ jest finansowane przez Simons Foundation Autyzm Research Initiative, lub SFARI. Naukowcy odkryli, że nowe zmiany genetyczne wydają się przyczyniać do autyzmu u jednego na 10 dzieci w projekcie Simonsa.9
naukowcy zidentyfikowali brakujący lub dodatkowy materiał genetyczny w poszczególnych obszarach chromosomów 1, 3, 7, 15, 16 i 22. Zidentyfikowali również 65 genów, które ich zdaniem przyczyniają się do ryzyka rozwoju autyzmu. Co ciekawe, te zmiany genetyczne stwierdzono u dzieci, których IQ wahało się od niskiego do wysokiego. To sugeruje, że te szczególne zmiany wpływają na autyzm, a nie na inteligencję.9
I chociaż chłopcy i dziewczęta mieli mutacje w tych samych obszarach, dziewczynki miały ich więcej. Naukowcy twierdzą, że może to być spowodowane tym, że potrzeba więcej mutacji, aby wytworzyć autyzm u dziewcząt, które wydają się odporne na rozwój choroby. To teoria, zwana „kobiecym efektem ochronnym”, która próbuje wyjaśnić, dlaczego tylko około 20% osób z autyzmem to dziewczyny lub kobiety.9
w badaniu SSC naukowcy uważają, że niektóre geny związane z autyzmem odgrywają rolę w sposobie komunikowania się komórek nerwowych. Inne zidentyfikowane geny odgrywają rolę w wewnętrznym systemie przełączania, który włącza lub wyłącza pewne geny.
oczywiście większość dzieci w projekcie SSC nie miała zmian genetycznych w tych miejscach wysokiego ryzyka autyzmu, przynajmniej tak, jak zostały one zdefiniowane w momencie publikacji tego badania w 2015 roku.
wraz z kontynuacją badań genetycznych rośnie liczba podejrzanych CNV i genów. SPARK for Autyzm, kolejny projekt badawczy SFARI, poszukuje CNV i genów związanych z autyzmem na wszystkich chromosomach. SPARK wykorzystuje „początkową listę 11 CNVs i 78 pojedynczych genów”, zgodnie z artykułem z 2018 roku w czasopiśmie naukowym Neuron.10,11 lista ta stale się powiększa, wyjaśnia SPARK.
rodziny, które uczestniczą w projektach badawczych, takich jak SPARK, mogą dowiedzieć się, czy oni i ich dziecko z autyzmem mają genetyczną zmianę związaną z autyzmem. (Uwaga: większość badań genetycznych nie zapewnia uczestnikom własnych wyników badań.
Czy mam zmiany genetyczne związane z autyzmem?
częstszym sposobem dowiedzenia się jest wizyta u lekarza, takiego jak genetyk medyczny, który może zalecić badania. Doradcy genetyczni, tacy jak Pani Blesson, pomagają rodzinom decydować, czy poddać się testom i jakiego rodzaju testom. Pomagają również rodzinom i pacjentom zrozumieć ich wyniki badań.
„staram się pomóc rodzinom przejść odyseję diagnostyczną, aby dowiedzieć się, dlaczego ich dziecko ma autyzm” – powiedziała pani Blesson. „Zaczynamy od testów u dziecka. Staramy się znaleźć zmiany genetyczne, które zasadniczo spowodowały, że jest w grupie zwiększonego ryzyka rozwoju autyzmu.”
co się stanie, jeśli badania wskazują na konkretną zmianę genetyczną lub stan?
większość chorób genetycznych nie ma konkretnego lekarstwa lub leczenia, ale mogą być inne korzyści z posiadania tej informacji. Świadomość, że dziecko ma konkretną zmianę genetyczną, może ostrzegać świadczeniodawców o zbadaniu innych warunków, które mogą się z nią wiązać. Zmiany w SCN2A, Genie związanym z autyzmem, mogą wpływać na rodzaj leków na padaczkę, które dana osoba przyjmuje, na przykład, według dyrektora naukowego Spark, Dr Pameli Feliciano.12
również rodziny mogą dowiedzieć się, czego się spodziewać w przyszłości, jeśli takie informacje są dostępne.
„czasami wiedza to potęga” – powiedziała pani Blesson. „Jeśli postawimy diagnozę czegoś, co jest genetyczne, jeśli istnieją grupy wsparcia lub organizacje innych osób z tą samą zmianą genetyczną, pomocne może być nawiązanie kontaktu z tymi osobami lub rodzinami.”
niektórzy rodzice chcą wiedzieć, czy również dzielą zmianę genetyczną swojego dziecka i czy mogą ją przekazać przyszłemu dziecku. Mogli poddać się testom, aby dowiedzieć się więcej, powiedziała pani Blesson.
oczywiście wiele osób, które poddają się testom, może nie znaleźć żadnych mutacji, znaleźć zmiany o nieznanym znaczeniu lub dowiedzieć się niepowiązanych informacji.
niektórzy ludzie mają obawy o dyskryminację na podstawie wyników badań genetycznych, powiedziała pani Blesson. Amerykańskie prawo, Ustawa o ochronie informacji genetycznej, ma na celu ochronę ludzi przed dyskryminacją genetyczną w ubezpieczeniach zdrowotnych i zatrudnieniu. Niektóre przepisy stanowe mogą zapewnić dodatkową ochronę. (Zobacz dodatkowe zasoby poniżej.)
genetyka i Środowisko
przyczyny autyzmu są niezwykle skomplikowane.
„przyczyny autyzmu są niezwykle skomplikowane. W większości przypadków uważamy, że wiele czynników przyczynia się do jego rozwoju, nie tylko jedna czy druga”, powiedział epidemiolog Craig Newschaffer, PhD, w wywiadzie z 2017 roku z autyzmem mówi.13
naukowcy kontynuują badania nad rolą „środowiska” w zagrożeniu autyzmem. Środowisko, w tym kontekście, oznacza więcej niż świat naturalny, chociaż obejmuje to narażenie na zanieczyszczenia, pestycydy i niebezpieczne chemikalia. Obejmuje ona również wiele innych rzeczy, od wieku rodziców, kiedy poczęli dziecko; warunki medyczne, choroby i odżywianie kobiety w ciąży; oraz wydarzenia, które dzieją się w czasie i po urodzeniu dziecka.
na przykład badania sugerują, że narażenie na zanieczyszczenie powietrza, pestycydy rolnicze i niebezpieczne chemikalia zwiększają ryzyko autyzmu.14-18 dzieci starszych rodziców i dzieci, których matki miały problemy w czasie ciąży, takie jak cukrzyca ciążowa i krwawienie, również borykają się z większym ryzykiem rozwoju autyzmu.19
naukowcy z dziedziny epigenetyki badają warunki w środowisku człowieka, które wyłączają lub włączają geny, bez faktycznej zmiany samych genów. Te wpływy epigenetyczne mogą być pozytywne lub negatywne. Obejmują one dietę, ćwiczenia, stres psychologiczny, interakcje społeczne i narażenie na choroby, leki nadużywania, leki i toksyczne chemikalia.20 te ekspozycje mogą wpływać na” czynniki chemiczne, które przylegają do szkieletu DNA”, wyjaśnia dr Newschaffer w seminarium online dla członków IAN i SPARK na rzecz autyzmu.
Co ciekawe, te zmiany w funkcjonowaniu genów mogą być przekazywane z rodzica na dziecko. Na przykład mężczyźni wytwarzają plemniki przez całe życie, powiedział dr Newschaffer, profesor epidemiologii i biostatystyki oraz prodziekan ds. badań naukowych na Uniwersytecie Drexel. Ich narażenie na chemikalia i inne czynniki środowiskowe może powodować epigenetyczne zmiany w plemnikach, które mogą wpływać na ich dzieci, powiedział.
aby dowiedzieć się więcej o tym, jak nasze geny, wpływy środowiskowe i epigenetyka współdziałają, zobacz DNA i środowisko: co decyduje o tym, jak działają nasze geny?