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靶向捕获测序应用于多基因遗传病银屑病的致病基因鉴定

罗氏诊断发布时间:2014/10/15 16:51 点击: 加载中..

银屑病,俗称干癣,是一种常见的具有特征性皮损的慢性易于复发的炎症性皮肤病,被认为是是遗传因素与环境因素等多种因素相互作用的多基因遗传病。

在以往对多基因遗传病的发病机理探索中,研究者们通过正常与疾病对照样本的基于SNP芯片的全基因组GWAS实验,寻找到了两组个体中多态性与该遗传病相关性。然而许多疾病的发病又是后天的,如糖尿病与饮食即后天的生活环境有很大的关联,这类复杂的疾病遗传机制很难通过基于SNP芯片的GWAS找到全部决定性的遗传变异。随着二代测序技术以及序列富集技术的改进,人们将解决这个问题的注意力转向了与疾病相关的基因编码区域。

 

全基因组外显子测序是利用序列捕获技术将全基因组外显子区域 DNA 捕捉并富集后进行高通量测序的基因组分析方法。由于其具有对常见和罕见变异高灵敏度, 能发现外显子区绝大部分疾病相关变异以及仅需要对约 1%的基因组进行测序等优点, 促使全基因组外显子测序和基于其发展起来的靶向捕获技术成为鉴定孟德尔疾病的致病基因最有效的策略, 也被运用于复杂疾病易感基因的研究和临床研究中。

近期,以安徽医科大学第一附属医院牵头的,多个研究机构参与的一个银屑病项目共同在Nature Genetics上发表了一篇文章1,结合了外显子组和靶向区域捕获和二代测序技术,为银屑病这种多基因遗传病的机理研究提供了一条新的技术路线                                               (见右图)。

 

为了检测功能编码区突变对银屑病遗传易感性的影响,中国的研究人员对两个完全独立的实验群体(共包含21,309个个体,均来自汉族人群)进行了一次大范围的功能区突变位点的测序和分析,并发现了6个与该疾病相关基因及多个可能引起致病的突变。

实验前期,研究人员用NimbleGen全外显子组捕获技术从781名银屑病患者和676名正常个体DNA样本中捕获了所有基因的外显子区域,通过测序分析和单突变关联分析共检测到133个与银屑病遗传易感性显著关联的非同义突变SNVs以及742个可能与致病相关的基因。但Bonferroni校正结果表明,这742个基因在全基因组水平都不具有显著性。

考虑到样本大小对以上实验结果的影响,研究人员利用靶向捕获测序技术在9,946个银屑病患者和9,906个正常个体中对以上突变位点和致病基因进行了进一步筛选和验证。他们用NimbleGen序列捕获定制芯片对包含了1,326个基因(这些基因覆盖了133个非同义突变SNVs,742个可能的致病基因以及622个已被GWAS检测为免疫疾病相关基因)的外显子区域进行富集之后,再次进行深度测序。

综合两个实验群体的10,727个病例和10,582个对照的622个免疫疾病相关基因的非同义突变SNVs的单突变关联分析结果,研究人员发现了6个可能的银屑病致病基因,分别是:IL23R、LCE3D、ERAP、GJB2、ZNF816A和FUT2 。

 

综合以上实验结果,研究人员表示,通过靶向富集深度测序在前期GWAS研究的易感基因上在后续群体的验证中获得了更多的阳性结果;对于遗传性疾病,尤其是多基因遗传疾病的致病机理研究,这条崭新的技术研究路线即全外显子组和靶向区域富集的小范围研究,在不会产生大量测序费用的同时可加深测序深度,集中在功能基因的编码区域寻找与疾病相关的突变位点,使对之前基于SNP芯片的GWAS研究形成一个强有力的补充,同时为未来临床诊断提供更多地生物标记。

 

1.      A large-scale screen for coding variants predisposing topsoriasis. Nature Genetics.2014 Jan. DOI:10.1038/ng.2827


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