Dane na dużą skalę umożliwiają nowy wgląd w rzadkie choroby oczu. Źródło: Karen Arnott/EMBL-EBI

Naukowcy z EMBL-EBI zagłębiają się w dane brytyjskiego Biobanku, aby odkryć nowe informacje na temat rzadkich chorób oczu.

Naukowcy przeprowadzili gruntowną analizę danych obrazowych i genomicznych z brytyjskiego Biobanku, aby lepiej zrozumieć rzadkie choroby oczu. Wśród tych chorób są dystrofie siatkówki, które są zbiorczym określeniem chorób dziedzicznych, które wpływają na siatkówkę, a także są główną przyczyną ślepoty wśród dorosłych w wieku produkcyjnym.

Siatkówka znajduje się w tylnej części oka i jest złożoną tkanką złożoną z wielu warstw. Działa poprzez odbieranie światła i przekształcanie go w sygnał zrozumiały dla mózgu. Każda warstwa siatkówki składa się z różnych typów komórek, z których każda odgrywa szczególną rolę w konwersji światła.

Do tego badania opublikowane w czasopiśmie Genetyka PLOS, naukowcy skupili się na komórkach fotoreceptorowych (PRC), które są komórkami wykrywającymi światło znajdującymi się w siatkówce. Komórki te można obrazować w sposób nieinwazyjny za pomocą optycznej koherentnej tomografii (OCT), usługi powszechnie oferowanej obecnie przez wielu optyków. Wykorzystując dane obrazowe OCT i dane genomiczne przechowywane w brytyjskim biobanku, naukowcy byli w stanie wygenerować największe badanie asocjacyjne całego genomu ChRL.

Rzadkie dystrofie siatkówki

Rzadkie choroby siatkówki są często spowodowane dziedzicznymi mutacjami w genach eksprymowanych przez PRC. Mutacje te powodują nieprawidłowe funkcjonowanie siatkówki, co skutkuje upośledzeniem wzroku, a nawet ślepotą. Chociaż te pojedyncze choroby są rzadkie, razem stanowią główną przyczynę ślepoty u dorosłych w wieku produkcyjnym.

„Mieliśmy dostęp do sprzężonych obrazów i danych genotypowych na skalę, jakiej nie widziano w badaniach tego rodzaju” – powiedziała Hannah Currant, była doktorantka. student w Europejskim Instytucie Bioinformatyki EMBL (EMBL-EBI) i stypendysta podoktorancki w Novo Nordisk Foundation Centre for Protein Research (CPR) na Uniwersytecie w Kopenhadze. „Dostęp do tej ogromnej ilości danych miał kluczowe znaczenie dla badania i umożliwił nam zidentyfikowanie powiązań genetycznych z rzadkimi dystrofiami siatkówki. Ta praca wskazała nowe możliwości badań i wygenerowała nowe pytania dotyczące rzadkich dystrofii siatkówki”.

Łączenie genotypu i fenotypu

OCT tworzy obrazy o wysokiej rozdzielczości, które można wykorzystać do identyfikacji różnych warstw i struktur w siatkówce. Obrazy te są powszechnie stosowane w klinice jako pomoc w diagnozowaniu chorób oczu. W tym badaniu naukowcy wykorzystali obrazy OCT i odpowiadające im informacje genomowe i medyczne ponad 30 000 uczestników przechowywane w brytyjskim Biobanku.

„Brytyjski Biobank jest bogatym, nieocenionym zasobem, który ma ogromny potencjał, aby umożliwić medycynę genomową” — powiedział Ewan Birney, zastępca dyrektora generalnego Europejskiego Laboratorium Biologii Molekularnej (EMBL). „W danych tam przechowywanych jest tak wiele potencjału, który tylko czeka na uwolnienie, co pozwala nam zrozumieć biologię człowieka oraz to, jak i kiedy dzieje się źle w chorobie”.

Kierowanie medycyną genomową

Naukowcy przeprowadzili badania asocjacyjne całego genomu (GWAS) na danych z brytyjskiego Biobanku, aby znaleźć wariacje genetyczne związane z różnicami w grubości warstw PRC. Doprowadziło to ich do zidentyfikowania wariacji genomowych związanych z grubością jednej lub więcej warstw PRC, w tym tych z wcześniejszymi powiązaniami ze znanymi chorobami oczu. Nowo zidentyfikowane powiązania genomowe są przechowywane i można uzyskać do nich otwarty dostęp za pośrednictwem katalogu GWAS.

Wiadomo było, że niektóre z tych wariantów genetycznych są powiązane z chorobami oczu, ale co zaskakujące, wiele stosunkowo powszechnych wariantów genetycznych znajdowało się w pobliżu genów, o których wiadomo, że powodują rzadkie genetyczne choroby oczu, gdy zostaną zakłócone. W jednym przypadku naukowcom udało się zbadać, w jaki sposób kombinacje powszechnych wariantów w pobliżu genów, o których wiadomo, że biorą udział w rzadkich chorobach oczu, zmieniają strukturę siatkówki. Daje to większą pewność podczas przeglądania określonych zbiorów rzadkich chorób, aby zobaczyć, w jaki sposób te konkretne powszechne warianty mogą wpływać na choroby.

„Systematyczna analiza bioinformatyczna kohort danych uczestników na dużą skalę napędza przyszłość medycyny genomowej” – powiedział Omar Mahroo, profesor neuronauki siatkówki na University College London i konsultant okulista w Moorfields Eye Hospital. „Posiadanie dostępu do tych danych i możliwość powiązania między fenotypami choroby a zmiennością genetyczną otworzy wiele nowych możliwości nowoczesnej diagnostyki chorób i terapii”.

Odniesienie: „Rozdzielczość na poziomie subkomórkowym powszechnej zmienności genetycznej w warstwie fotoreceptorów identyfikuje kontinuum między rzadką chorobą a powszechną zmiennością” Hannah Currant, Tomas W. Fitzgerald, Praveen J. Patel, Anthony P. Khawaja, UK Biobank Eye and Vision Consortium , Andrew R. Webster, Omar A. Mahroo i Ewan Birney, 27 lutego 2023 r., Genetyka PLOS.
DOI: 10.1371/journal.pgen.1010587

Badanie zostało sfinansowane przez Wellcome Trust