Osteoporosis: Alat baru membantu menentukan gen risiko potensial
Kombinasi alat yang ampuh telah membantu para ilmuwan mengidentifikasi dua gen baru yang dapat berkontribusi pada osteoporosis melalui pengaruhnya terhadap kepadatan tulang. Penemuan ini dapat mengarah pada pengobatan yang lebih baik untuk penyakit melemahnya tulang.
Studi yang dilakukan oleh para peneliti di Rumah Sakit Anak Philadelphia (CHOP) di Pennsylvania, menyoroti pentingnya memahami geografi 3D dari genom dalam menemukan gen yang menyebabkan penyakit.
Tim tersebut menunjukkan bahwa mengidentifikasi varian DNA, atau perbedaan, di balik penyakit, belum tentu cukup untuk menemukan gen yang menyebabkan penyakit. Varian tersebut, misalnya, dapat menjadi pemicu gen di bagian lain genom.
Dalam makalah yang sekarang dimuat di jurnal Komunikasi Alam, para peneliti menjelaskan bagaimana mereka menyelidiki geografi 3D DNA dalam sel pembentuk tulang untuk menemukan gen yang mungkin mempengaruhi kepadatan mineral tulang.
Mereka menyarankan bahwa metode mereka juga dapat membantu mempelajari kondisi genetik lainnya, termasuk penyakit anak.
“Geografi genom tidak linier,” kata rekan penulis studi senior Struan F. A. Grant Ph.D., yang merupakan direktur Pusat Genomik Spasial dan Fungsional di CHOP.
“Karena DNA terlipat menjadi kromosom,” jelasnya, “bagian dari genom dapat mengalami kontak fisik, memungkinkan interaksi biologis utama yang memengaruhi bagaimana gen diekspresikan. Itulah mengapa kami mempelajari struktur tiga dimensi dari genom. "
Osteoporosis dan genom
Osteoporosis adalah penyakit yang semakin melemahkan tulang dan meningkatkan risiko patah tulang, terutama pada pergelangan tangan, tulang belakang, dan pinggul.
Jaringan tulang hidup dan terus menerus menambah tulang baru dan menghilangkan tulang tua. Di masa kanak-kanak, prosesnya mendukung pembentukan jaringan baru, yang memungkinkan tulang tumbuh dan menjadi lebih kuat.
Namun, seiring bertambahnya usia, pembentukan tulang memuncak dan kemudian semakin tertinggal di belakang pengangkatan tulang, akibatnya tulang semakin kurang padat dan lebih lemah.
National Institutes of Health (NIH) memperkirakan bahwa ada lebih dari 53 juta orang di Amerika Serikat yang sudah menderita osteoporosis atau berisiko tinggi mengembangkannya karena kepadatan mineral tulang yang rendah.
Ilmuwan mengungkap genom manusia lebih dari 10 tahun yang lalu. Sejak itu, banyak studi asosiasi seluruh genom (GWAS) telah mengidentifikasi varian, atau rangkaian blok penyusun dalam DNA, yang lebih umum pada orang dengan penyakit tertentu.
Dalam makalah studinya, Dr. Grant dan rekannya menyatakan bahwa osteoporosis memiliki "komponen genetik yang penting".
Namun, mereka selanjutnya menjelaskan bahwa meskipun GWAS telah menemukan varian DNA yang "terkait erat dengan kepadatan mineral tulang", ini tidak sama dengan menemukan gen yang sebenarnya mengontrol proses pembentukan tulang.
'Pemetaan varian-ke-gen' 3D
Jadi, tujuan studi mereka adalah untuk menggunakan lokasi varian kepadatan mineral tulang yang diturunkan dari GWAS dalam latihan "pemetaan varian-ke-gen" 3D beresolusi tinggi pada osteoblas manusia, yang merupakan sel-sel yang membuat tulang baru.
Latihan ini melibatkan analisis geografi 3D dari DNA yang terlipat rapat dan dikemas dalam kromosom. Dengan menggunakan teknik khusus "genomik spasial", tim tersebut dapat memetakan "interaksi seluruh genom" antara varian kepadatan mineral tulang yang diturunkan dari GWAS dan genom lainnya.
Dalam melakukan ini, mereka mengamati "kontak yang konsisten" ke gen penyebab potensial dari sekitar 17 persen dari 273 lokasi kepadatan mineral tulang yang diturunkan dari GWAS yang mereka selidiki.
Hal ini mengarah pada identifikasi dua gen baru dengan “peran penyebab” potensial dalam osteoporosis: ING3 dan EPDR1. Tim mengkonfirmasi peran kuat gen dengan menunjukkan bahwa membungkam mereka menghentikan osteoblas membentuk tulang baru.
Para peneliti mencatat bahwa mungkin ada lebih banyak "gen penyebab" selain ini. Namun, mereka juga menunjukkan bahwa varian yang ditautkan ING3 sangat berkaitan dengan kepadatan tulang di pergelangan tangan, yang merupakan "situs patah tulang pada anak-anak" yang paling umum.
Mereka menyarankan agar studi lebih lanjut melibatkan jalur biologis ING3 dapat mengarah pada perawatan baru untuk memperkuat tulang dan mencegah patah tulang.
Dia dan timnya sudah bekerja dengan kelompok lain di CHOP dan di lembaga lain untuk membuat "atlas" varian-ke-gen untuk jenis sel lain. Ini seharusnya terbukti berharga untuk pengembangan pengobatan baru untuk banyak penyakit, termasuk "kanker anak, diabetes, dan lupus," kata Dr. Grant.
“Kami telah mengidentifikasi dua gen baru yang memengaruhi sel pembentuk tulang yang relevan dengan patah tulang dan osteoporosis. Selain itu, metode penelitian yang kami gunakan dapat diterapkan secara lebih luas pada penyakit lain dengan komponen genetik. "
Struan F. A. Grant Ph.D.
