Найден генетический вариант, снижающий информативность неинвазивной пренатальной диагностики

НИПТ (неинвазивное пренатальное тестирование) — современный метод диагностического скрининга, который используется на ранних сроках беременности, преимущественно для обнаружения наиболее часто встречающихся хромосомных аномалий у плода. (Подробнее на PCR.NEWS.) В основе этого метода лежит анализ внеклеточной ДНК (вкДНК) плода в плазме крови матери. Он позволяет определить риск таких генетических нарушений, как синдром Дауна (трисомия 21 хромосомы), синдром Эдвардса (трисомия 18), синдром Патау (трисомия 13) а также некоторых других.

Анализ вкДНК в плазме крови используется для неинвазивной диагностики различных состояний, включая рак. Однако факторы, влияющие на свойства вкДНК, до сих пор недостаточно изучены. Ученые из Амстердамского университетского медицинского центра провели масштабное исследование генетических факторов, влияющих на концентрацию и фрагментацию вкДНК, используя данные НИПТ.

Исследователи проанализировали данные полгогеномного секвенирования образцов от примерно 140 000 беременных женщин, участвовавших в исследовании TRIDENT-2. Были выбраны около 8 млн однонуклеотидных полиморфизмов (SNP) и проведен полногеномный поиск ассоциаций (GWAS) для различных параметров вкДНК, включая концентрацию, размер фрагментов и геномное распределение.

Наиболее значимым открытием стало обнаружение миссенс-варианта rs35677470 в гене DNASE1L3, который приводит к замене аргинина на цистеин в позиции 206 белка (p.Arg206Cys, или R206C). Ген DNASE1L3, экспрессирующийся преимущественно макрофагами в печени, кодирует эндонуклеазу, которая секретируется в плазму крови. ДНКаза DNASE1L3, или дезоксирибонуклеаза гамма, играет ключевую роль в расщеплении вкДНК, выделяющейся во внутреннюю среду при апоптозе и некрозе, главным образом до мононуклеосомных фрагментов.

Авторы работы показали, что вариант R206C, встречающийся у 7% популяции Нидерландов, оказывает сильное влияние практически на все исследованные свойства вкДНК. У носителей варианта R206C значительно снижается концентрация вкДНК в плазме, а также изменяется распределение размеров фрагментов вкДНК — уменьшается доля мононуклеосомных фрагментов и увеличивается относительное количество коротких (50–100 пар оснований) и длинных (более 400 пар оснований) фрагментов.

Исследователи предполагают, что вариант R206C нарушает секрецию белка DNASE1L3, а также его ДНКазную активность, что приводит к неполному расщеплению ДНК. В результате длинные фрагменты ДНК остаются в составе клеточного дебриса и удаляются при центрифугировании плазмы. Ранее для варианта R206C была показана ассоциация с ревматоидным артритом и системной склеродермией (накопление нерасщепленной ДНК способствует развитию аутоиммунных воспалительных реакций).

Эти изменения имеют важные последствия для НИПТ. У гомозигот по варианту R206C повышается вероятность получения неинформативных результатов НИПТ из-за недостаточного количества прочитанных фрагментов внеклеточной ДНК. С другой стороны, этот вариант приводит к увеличению рассчитанной фетальной фракции — доли плодной ДНК в материнской крови. Одной из причин может быть то, что алгоритмы, оценивающие фетальную фракцию на основе фрагментомики, неправильно интерпретируют измененные паттерны фрагментации вкДНК. Авторы полагают, что у носителей R206C результаты НИПТ необходимо интерпретировать с осторожностью, так как при завышении значений фетальной фракции ДНК в совокупности со сниженным выходом секвенирования возможны ложноотрицательные результаты.

Помимо DNASE1L3, исследователи обнаружили и другие значимые локусы, ассоциированные с характеристиками вкДНК. Например, некоторые интронные варианты в гене DFFB, также кодирующем ДНКазу, влияют на мотивы, по которым происходит разрезание ДНК, а варианты вблизи генов MSR1, COLEC12, STAB1 и STAB2 — на концентрацию вкДНК. Эти гены участвуют в распознавании и поглощении апоптотических клеток макрофагами.

Авторы также обнаружили варианты, специфически влияющие на концентрацию плодной вкДНК, в том числе в генах NLRP13 и STAB1, для которых ранее была показана ассоциация с весом новорожденных и развитием плаценты соответственно.

Данные результаты говорят о том, что необходимо учитывать генетические факторы пациента при интерпретации результатов тестов, основанных на анализе вкДНК. Это поможет разработать более точные алгоритмы, учитывающие индивидуальные генетические особенности пациентов, в том числе и при тестировании на онкозаболевания. «Эти тесты используют сопоставимые модели прогнозирования на основе искусственного интеллекта. Мы впервые показали, что на эти модели влияет генетический фон, и это может иметь серьезные последствия для надежности других тестов на основе внеклеточной ДНК», — говорит один из авторов исследования Эрик Систерманс.

Новый метод неинвазивного пренатального скрининга выявляет хромосомные аномалии плода с высокой точностью