Современные возможности транскриптомики в изучении преэклампсии

Статья посвящена современным транскриптомным технологиям в изучении и решении значимой акушерской проблемы – преэклампсии. В настоящее время транскриптомика является одной из самых быстро развивающихся областей системной биологии, биоинформатики и медицины, позволяющих получить информацию о функциональной активности генома путем анализа всех транскриптов, синтезируемых одной клеткой или группой клеток. В статье представлен литературный обзор опубликованных в последние годы исследований плацентарного транскриптома, который имеет важное значение в расширении знаний о нормальном развитии и функционировании плаценты, позволяет учесть возможное влияние пола плода на профиль экспрессии генов, является незаменимым инструментом изучения основных патофизиологических механизмов развития плацентарных нарушений. Полногеномный анализ транскриптома крови беременных показал ассоциированные с преэклампсией множественные изменения паттернов экспрессии материнских генов уже на доклинической стадии ее развития, что позволит выявить наиболее точные прогностические маркеры. В статье освещены также вопросы «внутриутробного происхождения заболеваний». Приведены исследования, которые продемонстрировали наличие ассоциаций между генетическими вариантами, изменениями транскриптома плаценты и риском постнатальных заболеваний.
Заключение: Указаны перспективы комплексного применения «омиксных» технологий в отношении изучения причинно-следственных механизмов развития плацентарных синдромов, прогнозирования осложнений беременности и здоровья потомства.

Революционное развитие так называемых «омиксных» технологий в последние годы привело к кардинальным изменениям в экспериментальной биологии, биоинформатике и медицине. Появилась возможность беспрецедентного анализа и обработки колоссальных массивов данных, включая полномасштабный мониторинг пациентов в клинических исследованиях, усовершенствованы технологии разработки вакцин и лекарственных препаратов, методики прогнозирования и ранней диагностики сложных гетерогенных патологических состояний и заболеваний. Значительно расширены и перспективы биомедицины, в частности, в отношении разработки персонализированных подходов к профилактике и лечению заболеваний у каждого конкретного пациента, что, несомненно, повлияет на качество и продолжительность жизни.

«Омиксными» называют технологии, которые основаны на достижениях геномики, транскриптомики, протеомики, метаболомики, липидомики и других наук, которые изучают структуру генома и пути реализации генетической информации, то есть, по сути, являются важнейшим инструментом геномных и постгеномных исследований.

Первой из всех омиксных наук получила развитие геномика, позволяющая сегодня довольно быстро проанализировать весь геном человека, выявить дефекты определенных генов, разработать терапевтические стратегии коррекции конкретного звена метаболизма. Однако многое зависит не столько от наличия мутации какого-либо гена, сколько от уровня его активности. Кроме того, развитие большинства заболеваний связано с активностью не одного, а многих генов, в связи с чем, требуется их совокупная оценка. Но что более важно – необходимо выявить особенности функционирования генома в конкретных условиях, что является предметом изучения постгеномных технологий. Этапы реализации генетической информации изучают такие науки, как транскриптомика и протеомика.

Протеомика посвящена высокопроизводительному количественному и качественному анализу белков, которые экспрессируются в клетке, ткани или организме в целом в данный момент времени, а также их посттрансляционных модификаций [1–3]. Протеомика объективно сложнее геномики, поскольку протеом – совокупность белков – продуктов экспрессии генома – чрезвычайно разнообразен и крайне изменчив. Идентификация аномально экспрессирующихся белков и их количественная оценка имеют огромное значение в диагностике, прогнозировании и лечении различных заболеваний. Однако в настоящее время определение протеомного профиля сложных биологических образцов имеет пока только научную направленность.

Транскриптомика сегодня – одна из самых быстро развивающихся областей знаний, также позволяющая получить информацию о функциональной активности генома. Транскриптомом является совокупность всех транскриптов, синтезируемых одной клеткой или группой клеток, включая мРНК и, так называемые некодирующие РНК. Транскриптом отражает профиль экспрессии генов в данный момент времени и, в отличие от генома, активно меняется в зависимости от внешних условий и потребностей органа, окружающих тканей и организма в целом. При этом транскриптом промежуточен между статичностью генома и динамичностью, чрезвычайным многообразием протеома. Такое положение транскриптома делает его удобным инструментом для изучения механизмов реализации генетической информации, адаптации клетки к условиям среды, а также путей взаимодействия этих механизмов.

В последние годы к транскриптомным технологиям приковано особое внимание ученых всего мира. Они нашли широкое применение в различных областях биомедицины, в частности, в прогнозировании, диагностике и профилировании заболеваний, поскольку геномные регуляторные элементы играют важную роль в их патогенезе [4–6].

В настоящее время происходит стремительное накопление геномных, транскриптомных, протеомных и метаболомных данных, характеризующих действительно индивидуальные особенности организма. Знание этих особенностей позволит быстрее и точнее поставить диагноз, назначить таргетную, наиболее эффективную, терапию, предложить пациенту не обобщенные, а обусловленные конкретным геномом рекомендации по профилактике или реабилитации после болезни.

Подобное развитие «омиксных» технологий позволяет говорить о наступлении эры персона­лизированной медицины. При этом полногеномное секвенирование – основа персонализированного подхода к каждому пациенту. В рамках данной статьи мы акцентировали внимание на современных возможностях транскриптомики в изучении акушерских осложнений, и особенно, преэклампсии. Полногеномное профилирование, к примеру, транскриптома плаценты, обеспечивает беспристрастный подход к изучению нормальной физиологии беременности и патофизиологии ее осложнений, в том числе плацентарных синдромов (невынашивание беременности, преждевременные роды, преэклампсия, задержка роста плода) [7].

Для получения полногеномных профилей транскриптов плаценты используются два метода: микрочипирование (ChIP-seq) и секвенирование РНК (RNA-seq). Технология ChIP-seq заключается в использовании чипов, содержащих тысячи образцов нукл...

Сидорова И.С., Никитина Н.А., Агеев М.Б., Тимофеев С.А., Морозова Е.А.