Новый класс повторяющихся неонкогенных соматических мутаций в клетках крови

С возрастом в геноме человека накапливаются мутации, при этом большинство их не затрагивают кодирующие участки. Традиционно считалось, что подобные мутации не влияют на клеточный фенотип. Однако по мере того, как накапливались данные о воздействии некодирующих регионов на экспрессию генов, эта точка зрения все чаще ставилась под вопрос. Авторы работы, опубликованной в Science Advances, описали новый класс соматических мутаций, повторяющихся у многих людей. Они изучали геномы, полученные в рамках программы TOPMed (Trans-Omics for Precision Medicine) Национального института сердца легких и крови США. В исследование вошло 43693 генома, полученных из образцов крови и секвенированных с глубиной 38x.

При анализе мутаций ученые обратили внимание, что небольшая выборка соматических мутаций присутствовала у многих человек (более чем у 50). Среди них не было миссенс- или нонсенс-мутаций. Авторы назвали этот класс «повторяющимися не-миссенс соматическими мутациями» (RNMSM). После исключения из анализа вариантов зародышевых линий и возможных артефактов секвенирования был получен набор из 7131 RNMSM.

В среднем в одном образце присутствовало 28,6 RNMSM с общим диапазоном от 1 до 163 мутаций. Как и ожидалось, число RNMSMs положительно коррелировало с возрастом. Набор RNMSM был частично подтвержден на дополнительной выборке из 46 геномов, а также анализом менделевской конкордации: предполагалось, что конкордантность RNMSM в трио (родители и ребенок) должна быть низкой, так как это соматические мутации, а не мутации зародышевой линии, и для значительной их доли предположение подтвердилось.

Была показана ассоциация RNMSM с гетерохроматином — свойство, ранее описанное для раковых мутаций. Авторы также обнаружили, что небольшое количество RNMSM ассоциировано с генами, в которых наблюдаются мутации при раках крови. Так, относящийся к RNMSM вариант rs9878379, связанный с геном BCL6, встречается в шести типах рака, однако до сих пор не был описан у здоровых людей. Это побудило авторов статьи дополнительно изучить, какие RNMSM присутствующие в здоровой популяции, ранее были ассоциированы с раковыми заболеваниями. Среди RNMSM была идентифицирована 81 мутация, входящая в базу данных раковых геномов.

Авторы также изучили связь RNMSM с происхождением индивида. По результатам анализа главных компонент была выявлена корреляция между распределением мутаций по компонентам и генетическим происхождением. Значимую ассоциацию с тем или иным происхождением нашли для 55 мутаций.

Для идентификации возможных генетических факторов возникновения RNMSM авторы провели полногеномный поиск ассоциаций (GWAS) и обнаружили пять локусов, значимо связанных с RNMSM-нагрузкой. Наибольшую силу ассоциации показал регион генов человеческих лейкоцитарных антигенов (HLA).

Ученые также проверили, присутствует ли связь между генетическими вариантами и специфичными RNMSM. Для этого они проанализировали регионы в 2Мб вокруг каждой из 82 наиболее часто встречающихся RNMSM. Было выявлено 3094 статистически значимых ассоциации, включающих 2783 вариантов зародышевой линии и 79 локусов. При этом большинство идентифицированных вариантов имели свойства цис-регуляторных элементов.

Наконец, авторы описали влияние RNMSM на клеточный фенотип, а именно на 15 фенотипических свойств кровяных клеток. Было идентифицировано восемь статистических значимых ассоциаций, шесть из них затрагивали численность моноцитов и еще две — гемоглобин и гематокрит. Все RNMSM, для которых были выявлены ассоциации, оказались редкими (менее 100 идентификаций мутации в выборке). При этом эффект данных мутаций был значительно больше, чем у вариантов зародышевых линий, связанных с тем же свойством клеток. Так, повышение частоты аллельного варианта rs1319097708 на 0,1 ассоциировано с повышением числа моноцитов на половину стандартного отклонения и объясняет 0,21% вариации в числе моноцитов.

Таким образом, повторяющиеся соматические мутации встречаются в геноме с относительно высокой частотой. Это исследование открывает новое направление для изучения накопления мутаций в организме на протяжении жизни.