Один генетик полон решимости собрать воедино причины. АВТОР: ЛИНА ЗЕЛЬДОВИЧ. https://nautil.us/after-100-years-of-research-autism-remains-a-puzzle-238517/?utm_source=nautilus-newsletter&utm_medium=email&he=5a68cb0c88df07c3a6daa60eafca184c
Майкл Виглер, профессор лаборатории Колд-Спринг-Харбор, был удивлен. Молекулярный биолог и генетик, имеющий образование в области математики и медицины, он посвятил два десятилетия своей исследовательской карьеры изучению причин аутизма. В начале 2000-х годов Виглер и его команда обнаружили, что определенная часть случаев аутизма имеет генетическую подоплеку. Одной из целей команды было выяснить в полной мере генетические причины аутизма, чтобы найти ключи к его лечению и профилактике. Команда считала, что у них есть хорошая теория, которую они окрестили “единой гипотезой”, но в 2017 году в этой теории начали появляться трещины. Так вот, самые последние результаты, полученные Виглером и его коллегами, совсем не такие, как они ожидали.
Основываясь на теории, команда предположила, что у пострадавших братьев и сестер будет больше общих генетических детерминант, унаследованных от их матерей, чем от отцов. Но результаты показали обратное. “На самом деле, мы видим больший сигнал о необходимости делиться от отца, чем от матери”, — говорит Виглер. Этот родительский гендерный сюрприз вызывает недоумение, которое команда смогла объяснить только недавно. “Это головоломка. И нам не нравятся наши решения”.
По данным Центров по контролю и профилактике заболеваний, аутизмом страдает 1 из 44 детей в Соединенных Штатах. Это проявляется множеством симптомов, от социальной неловкости до беспокойства, повторяющегося поведения до сопротивления переменам. Эта изменчивость является причиной того, что это называется расстройством аутистического спектра или РАС. Большое значение имеет то, к какой части спектра подходит индивид. Те, кто попадает в высшую категорию, имеют лучшие перспективы — это высокоэффективные люди, которые часто обладают особыми способностями, такими как превосходные математические навыки или фотографическая память, которые помогают им справляться с жизненными трудностями, такими как социальные тревоги. На нижнем конце спектра находятся люди с ограниченными интеллектуальными возможностями и те, кто вообще не разговаривает. Подсчитано, что 31 процент детей с РАС имеют умственную отсталость, и еще большее число имеют проблемы с двигательными навыками.1
Гендер всегда был большой частью головоломки. У мальчиков примерно в четыре раза чаще диагностируется аутизм, чем у девочек. Согласно статистике, опубликованной Школой общественного здравоохранения Джона Хопкинса, аутизмом страдает 1 из 34 мальчиков (2,97 процента) по сравнению только с 1 из 145 девочек (0,69 процента). У девочек часто симптомы отличаются от симптомов у мальчиков. Например, они, как правило, больше страдают от тревог, а не демонстрируют повторяющееся поведение, и поскольку врачи могут маскировать тревоги или не замечать их, определенному проценту девочек в конечном итоге может быть поставлен неправильный диагноз. По словам Кэтрин Лорд, практикующего врача, специализирующегося на аутизме и являющегося профессором человеческого развития и психологии в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе, у некоторых могут быть диагностированы психические расстройства, такие как депрессия или тревога.
Некоторые женщины самостоятельно ставят диагноз позже в жизни, выросши без малейшего представления о том, что они могут страдать аутизмом. По словам Лорда, несмотря на возросшее внимание к аутизму в последние два десятилетия, что отчасти сняло социальную стигматизацию этого заболевания, эта тенденция усиливается. “Число людей женского пола, поставивших себе самодиагностику, растет с каждым днем”, — говорит она. “И это не так уж верно для мужчин”. Брэнди Шиллейс, главный редактор BMJ Medical Humanities, автор и ведущая подкаста “Своеобразный книжный клуб”, поставила себе диагноз, когда была взрослой, после того, как большую часть детства ей говорили «не быть странной на публике». “Что делает аутизм инвалидностью, так это не то, что вы сломлены, а то, что общество делает вас инвалидами, потому что оно не построено с учетом ваших потребностей”, — говорит Шиллейс.
Гендер - это большая часть головоломки. У мальчиков примерно в четыре раза чаще диагностируется аутизм, чем у девочек.Неудивительно, что общество плохо относится к людям из этого спектра. В конце концов, точное определение аутизма все еще развивается. Обществу потребовались десятилетия, чтобы хотя бы должным образом признать аутизм как заболевание. Большую часть 20-го века аутизм рассматривался как детская шизофрения. Люди с аутизмом были классифицированы скорее как психопаты, чем как индивидуумы с нейродиверсией. Даже современное определение аутизма как расстройства спектра все еще находится в разработке. В текущем, пятом издании Руководства по диагностике и статистике психических расстройств, или DSM-5, некоторые особенности аутизма описаны иначе, чем в его предшественнике, DSM-4, что свидетельствует о том, что ученые все еще работают над выявлением всех его нюансов.
Глубинные причины расстройства были столь же загадочными, иногда уводя ученых в неверном направлении, например, возлагая вину на матерей детей за их “холодное и неэмоциональное воспитание”. И, не зная, что вызывает аутизм, врачи не имели — и до сих пор имеют — никаких средств для его предотвращения или уменьшения его тяжести или риска возникновения. Как и в случае с любым другим недугом, путь к смягчению последствий аутизма лежит в понимании того, откуда он берется. Если бы медики лучше понимали причины аутизма, они смогли бы разработать более эффективные методы лечения и, возможно, даже более эффективную профилактику.
Это именно то, чем Виглер занимался последние 20 лет. Поскольку геномные методы развивались на пороге тысячелетия, он надеялся найти ответы в генах людей из спектра. Но объединение этих ответов воедино оказалось таким же сложным и нелинейным, как и история этого загадочного состояния.
Сложная история сложного расстройства
Двум людям, которым обычно приписывают определение аутизма, — это Хансу Аспергеру, австрийскому врачу, практиковавшему в Вене до и во время Второй мировой войны, и Лео Каннеру, еврейскому психиатру, родившемуся в 1894 году в Клекотиве, затем в Польше, а теперь в Украине, который позже уехал из Европы в Соединенные Штаты. Оба начали использовать термин “аутизм” в 1940-х годах. Аспергер, в честь которого назван синдром Аспергера, описывал детей, которых он изучал, как “аутичных психопатов”, и, как показали недавние исследования, продолжал сотрудничать с нацистами в усыплении пациентов, которые считались психически непригодными для существования в обществе.2 В статье Каннера описывалось, что его пациенты не относятся “обычным образом” к людям или ситуациям, и говорилось, что их “поведением управляет тревожно-навязчивое желание поддерживать одинаковость”. Он был тем, кто сначала объяснил это расстройство неэмоциональным воспитанием, ввел в обиход термин “мать—холодильник” — точку зрения, которую он позже осудил.
Сообществу исследователей аутизма потребовались десятилетия, чтобы выяснить, что ни один из мужчин не был первым, кто дал определение и описал аутизм. Еврейская женщина-психолог украинского происхождения по имени Груня Сухарева опередила их примерно на 20 лет. Она просто была хорошо спрятана за железным занавесом.
Сухарева окончила медицинскую школу в Киеве в 1915 году и работала в городской психиатрической больнице. Несколько лет спустя она переехала в Москву, где работала в Педагогической санаторной школе для детей с особыми потребностями. Некоторые из них были травмированы драматическими событиями того времени — Первой мировой войной, Русской революцией и гражданской войной. Другие заметно отличались от своих сверстников: у них был социальный дефицит, проблемы с двигательными навыками, они предпочитали играть в одиночку или взаимодействовать со взрослыми, а не с детьми своего возраста. Сухарева описала одного из мальчиков, 12-летнего подростка, который читал все, что мог найти, и никогда не играл в игрушки, как интроверта “с аутистической склонностью погружаться в себя”.
Простая гипотеза о том, что матери переносили сильный вариант, вызывающий аутизм, не выдержала проверки.Дети с серьезными проблемами иногда жили в санатории в течение двух-трех лет, посещая школьные занятия и физкультуру, а также получая подготовку по социальным и двигательным навыкам. В статье 1925 года Сухарева описала шестерых мальчиков с “аутистическими наклонностями”, описав их поведение в мельчайших деталях, включая тот факт, что некоторые из них были одаренными — один превосходно играл на скрипке, а другой обладал невероятной памятью на цифры. Ее результаты, наряду с другими отчетами о клинической работе, были опубликованы на русском языке, а год спустя в немецком журнале, где ее имя было написано с ошибкой как Ssucharewa.3 Статья не была переведена на английский, поэтому ни ее термин «аутист», ни ее подробные наблюдения не дошли до англоговорящих психиатров. Немецкоговорящие Аспергер и Каннер, возможно, читали это, хотя трудно сказать, потому что ни один из них не упоминал ее имени и не ссылался на нее в своих собственных статьях. Тот факт, что в немецкой версии ее имени было несколько опечаток, скорее всего, тоже не помог.
Почти 100 лет спустя другой русскоязычный психолог, Ирина Мануиленко, нашла оригинал тома 1925 года, работая над своей диссертацией в Каролинском институте в Швеции. Она решила сравнить описания Сухаревой с современными стандартными определениями DSM-5, опубликованными Американской психиатрической ассоциацией. Она была удивлена, увидев, насколько точными были описания Сухаревой. Мануиленко опубликовал эти сравнения в статье 2015 года “Сухарева — до Аспергера и Каннера”4. То, что DSM-5 описывает как дефицит “социальных взаимодействий” и понимания отношений, Сухарева описала как “уплощенную эмоциональную жизнь”, “отсутствие выразительности лица и выразительных движений”, “склонность к абстракции и схематизация” и “держаться особняком от своих сверстников, избегая общих игр.” И там, где в DSM-5 перечислены “стереотипные или повторяющиеся двигательные движения”, “стремление к одинаковости”, “зацикленные интересы” и “чувствительность к сенсорной информации”, в заметках Сухаревой говорится о “стереотипном общении”, “педантичности”, “преследовании исключительно сильных интересов” и чувствительность к шуму или запаху. Более того, они были сформулированы настолько просто, что их мог понять любой родитель, бабушка с дедушкой.
Поскольку единственным доступным ей диагностическим инструментом была острая наблюдательность, Сухарева не смогла точно определить причины этого странного расстройства. Вместо этого она сосредоточилась на том, чтобы помочь этим детям улучшить свои социальные и двигательные навыки, взаимодействуя с другими людьми и посещая занятия живописью, резьбой по дереву и гимнастикой — пока они не будут готовы перейти в обычные школы. Примечательно, что основные принципы проводимых ею вмешательств не сильно изменились за столетие. Даже некоторые современные школы, такие как Meristem, которые готовят аутичных молодых людей к самостоятельной жизни и трудоустройству, по сути, следуют аналогичным принципам. Тем не менее, потребовалось более нескольких десятилетий, чтобы диагностические и аналитические инструменты созрели настолько, чтобы ученые могли начать разгадывать загадку.
Прочесывание генов
Интерес Виглера к аутизму проистекал из его раннего жизненного опыта. Брат его девушки отличался от всех остальных детей, которых он знал. “Он никогда не смотрел вам в глаза, но он знал каждого бейсболиста и всю статистику бейсболистов, и это все, о чем он мог говорить”, — говорит Виглер. “Он произвел на меня глубокое впечатление”.
Виглер не знал, что у мальчика аутизм. Позже, в медицинской школе, Виглер узнал об этом заболевании и заинтересовался его причинами. Сначала он сомневался, что это просто наследственное заболевание, приписывая его так называемым мутациям de novo — отсутствующим у родителей, но возникающим у их ребенка. “Что меня поразило в этом ребенке, так это то, что он настолько отличался от всех остальных в семье, поэтому я с самого начала подумал, что аутизм был результатом новой мутации”.
В 1980-х годах он заинтересовался так называемым анализом различий генома. Этот метод оказался полезным при изучении причин рака, поэтому он решил поискать новые мутации в геномах людей с аутизмом. В то время таких методов еще не существовало, поэтому его команда опубликовала статью, описывающую теорию, лежащую в основе создания такой технологии. Вскоре после этого, в конце 1980-х годов, российский ученый Николай Лисицын, работавший над аналогичной проблемой, связался с лабораторией Виглера. Лисицыну удалось решить конкретную техническую проблему, и, обнаружив его интерес к бегству из разваливающегося советского государства, Виглер пригласил его на работу в CSHL. Это сотрудничество заложило основу для будущих методов геномного анализа, которым лаборатория Виглера будет следовать в течение многих последующих лет.
Здоровая беременность - это хорошее начало для снижения тяжести аутизма и его риска.В начале 2000-х команда Виглера получила шанс протестировать свои инструменты для анализа генома. Детский психиатр Сьюзан Фолштейн, в то время работавшая в медицинском центре Тафтса в Новой Англии, собрала первую небольшую симплексную коллекцию из примерно 200 семей со случаями аутизма. Она передала свою коллекцию Джеймсу С. Сатклиффу, адъюнкт-профессору психиатрии в Университете Вандербильта, который изучает генетические основы расстройств аутистического спектра. Виглер, который искал такие коллекции, связался с нами. Применив свои методы геномного анализа к образцам, Виглер и его коллеги Лакшми Мутусвами и Джонатан Себат показали, что мутации de novo, безусловно, играют определенную роль.
Особыми виновниками были так называемые “вариации числа копий” — генетические сбои, при которых удаляются или дублируются большие участки генома. Они выглядели так, как будто кто-то оторвал кусочек нити ДНК. “Ваш геном — это длинная цепочка. Это лента. И если бы вы отрезали кусок ленты, а затем связали его вместе, вам не хватило бы большого куска вашей ленты”, — объясняет Виглер. “Некоторые из них действительно большие, их трудно не заметить с помощью наших новых методов, так же просто, как увидеть кратер на Луне в телескоп малой мощности”.
Примечательно, что не все мутации de novo вызывают проблемы. Виглер объясняет, что при каждом рождении в геноме происходит от 100 до 200 мутаций de novo, и большинство из них ни на что не влияют. Например, гены, участвующие в обонянии или функционировании иммунной системы, сильно различаются у разных людей, и некоторые варианты могут быть даже выгодными. “Существует большая толерантность и, вероятно, даже положительный отбор на вариации в этих генах”, — объясняет он. Но функции других генов настолько существенны и специфичны, что любые изменения сделали бы организм неуязвимым или серьезно ущемленным. Мутации с большим числом копий относятся к этому типу, просто они слишком массивны, чтобы не оставить никаких следов. И они были явно более распространены у детей, страдающих аутизмом, чем у их нейротипичных сверстников. Команда показала, что вариации числа копий были ответственны за значительное число случаев аутизма. Это открытие открыло новые горизонты, породив надежду на то, что, секвенируя ДНК людей с аутизмом и ища меньшие варианты последовательностей, которые изменяют функцию генов, исследователи смогут точно определить гены-возбудители.
Ранее и по сей день некоторые ученые использовали более стандартные подходы, просматривая коллекции в поисках вариантов, которые могли бы быть общими для людей с подобными расстройствами, — метод, называемый общегеномными ассоциативными исследованиями. Одна из таких коллекций называлась AGRE for Autism Genetic Resource Exchange — попытка, направленная на то, чтобы пролить больше света на семейный аутизм, изучая мультиплексные семьи — те, в которых было несколько братьев и сестер и страдало несколько членов семьи. Другая коллекция, получившая название проект «Геном аутизма», была составлена из различных групп по всей территории США. и Европе и собрал информацию о пострадавших братьях и сестрах. “Идея состояла в том, чтобы посмотреть, какие области генома являются общими для затронутых людей в больших коллекциях”, — говорит Сатклифф. “И эти усилия не привели к обнаружению локусов, сильно влияющих на заболеваемость аутизмом”, — отмечает Виглер. “Очень важный сбой, поскольку он указывал на другие причины, включая новые мутации”.
Следовательно, Фонд Саймонса последовал примеру Фолштейна и создал Simmons Simplex Collection, или SSC. Эту работу возглавлял Лорд, эксперт по диагностическим критериям. Они собрали генетические образцы из 2600 семей, где только один пораженный ребенок был в спектре, в то время как ни один из братьев, сестер или родителей не был. “С помощью SSC была надежда найти ”ядро аутизма» — мутацию или набор генов, специфичных для аутизма», — говорит Сатклифф. Сравнивая геном ребенка-аутиста с геномами других членов семьи, ученые стремились точно определить гены, которые отличали этого ребенка. Виглер тесно сотрудничал с Лордом, чтобы получить ответы из коллекции SSC и выявить генетические отклонения у детей из семей, в которых не пострадал ни один другой член семьи. Совсем недавно, придерживаясь идеологии “сила в цифрах”, Фонд Саймонса запустил SPARK — амбициозную постоянную программу по сбору данных от 50 000 семей любого типа, и на данный момент собрано около 30 000.
Примечательно и несколько поразительно, что мутации de novo проявлялись по-разному у мальчиков и девочек. В то время как мальчики с “кратерами сопоставимого размера” страдали аутизмом, девочки — нет. “Чтобы сделать девочку аутичной, потребовался больший удар, чем для того, чтобы сделать аутичным мальчика”, — говорит Виглер. “Это было одним из первых признаков того, что девочки сопротивлялись”. В своем исследовании 2011 года Виглер и его команда объяснили, что женщины обладают большей устойчивостью к аутизму по генетическим причинам.5 Это явление стало известно как женский защитный эффект. “Женский защитный эффект означает, что вам нужна более высокая нагрузка мутаций, чтобы развиться в фенотипически распознанное расстройство аутистического спектра, которое может быть определено клинически”, — говорит Сатклифф.
Тем не менее, какими бы оригинальными ни были полученные результаты, в целом они объясняли лишь около 30 процентов случаев аутизма. Также не удалось идентифицировать этот окончательный набор генов “основного аутизма”. “Мы надеялись, что он есть, но ответ таков: ”Нет, не совсем», — говорит Сатклифф. “Сегодняшние данные не позволяют нам этого сделать”.
Стремясь решить остальную часть головоломки, команда Виглера предложила так называемую объединенную гипотезу аутизма. Они постулировали, что должны существовать другие виды мутаций, которые невозможно было так легко увидеть. Например, эти мутации могут происходить не вместе в геноме, а вместо этого распределены по нескольким генам в разных местах. Они также выдвинули гипотезу, что эти мутации будут передаваться в основном от матери, потому что — хотя матери были лучше защищены как женщины — они все еще могли нести варианты, вызывающие аутизм, а затем передавать их своим детям. “Мы выдвинули единую гипотезу, утверждающую, что аутизм возникает в результате мутаций de novo и передается выжившими после de novo, а именно девочками”, — говорит Виглер.
Когда в конечном итоге были собраны достаточно большие коллекции образцов с достаточным количеством геномных данных, Виглер в сотрудничестве с Мэттом Ротеном и Иваном Иосифовым, также из лаборатории Колд-Спринг-Харбор, и Кенни Йе из Медицинского колледжа Альберта Эйнштейна разработал метод проверки их гипотезы. В частности, команда хотела измерить геномные различия между братьями и сестрами, которые были диссонирующими по аутизму (что означает, что у одного он есть, а у другого нет) и согласующимися по аутизму (что означает, что он есть у обоих братьев и сестер). В целом, они применили метод примерно к 1300 парам согласующихся братьев и сестер и 4500 парам диссонирующих братьев и сестер из коллекций SSC, AGRE и SPARK.
Но простая гипотеза о том, что матери переносили сильный вариант, вызывающий аутизм, не выдержала проверки. “Удивительно, но мы заметили, что у согласующихся братьев и сестер было больше общих геномов отцов”. Говорит Виглер. “Более широкое распространение отцовских геномов, чем материнских, противоречило нашим ожиданиям, что матери будут основным источником повреждающих вариантов в мультиплексных семьях высокого риска”. А это означало, что предстояло проделать еще больше работы: сформулировать и доказать больше гипотез.
Некоторые гипотезы ссылаются на сложную генетику, и они могут быть правильными, но Виглер и его коллеги сомневаются, что это будет полная история. “Эти данные очень трудно сопоставить со стандартными генетическими моделями”, — говорит он. У них уже есть некоторые другие идеи, которые могли бы помочь объяснить эту тайну. Он и другой исследователь лаборатории Колд-Спринг-Харбор, Тобиас Яновиц, рассмотрели теории о том, что иммунная система матери играет определенную роль, потенциально ухудшая развитие плода. Недавние исследования подтверждают такую теорию. Исследование, проведенное в 2017 году командой Школы общественного здравоохранения Джона Хопкинса Блумберга, показало, что, когда у беременных матерей повышается температура, риск развития аутизма у их детей возрастает.6 Исследование, проведенное в 2018 году исследователями Колумбийского университета, показало, что если беременная женщина страдает от высокой температуры во втором триместре, шансы ее ребенка на развитие аутизма увеличиваются на 40 процентов.7
Lead image: Magic Pictures / Shutterstock
References
1. Baio, J., et al. Prevalence of autism spectrum disorder among children aged 8 years—autism and developmental disabilities monitoring network, 11 sites, United States, 2014. Surveillance Summaries 67, 1-23 (2018).
2. Czech, H. Hans Asperger, national socialism, and “race hygeine” in Nazi-era Vienna. Molecular Autism 9, 29 (2018).
3. Ssucharewa, G.E. Die schizoiden psychopathien im kindersalter. Monatsschrift für Psychiatrie und Neurologie 60, 235-247 (1926).
4. Manouilenko, I. & Bejerot, S. Sukhareva—prior to Asperger and Kanner. Nordic Journal of Psychiatry 69, 1761-1764 (2015).
5. Levy, D., et al. Rare de novo and transmitted copy-number variation in autistic spectrum disorders. Neuron 70, 886-897 (2011).
6. Brucato, M., et al. Prenatal exposure to fever is associated with autism spectrum disorder in the boston birth cohort. Autism Research 10, 1878-1890 (2017).
7. Hornig, M., et al. Prenatal fever and autism risk. Molecular Psychiatry 23, 759-766 (2018).