Cell新突破：基因“暗物質(zhì)”的另一層功能
日期：2016-10-13 08:52:31
約翰霍普金斯大學的研究人員通過解析一種罕見復雜的多基因疾?。?/span>Hirschsprung癥，發(fā)現(xiàn)了更深層次的遺傳機制，即這種疾病的患者是由于體內(nèi)某個特殊基因的基因調(diào)控序列發(fā)生了多個突變，也就是說這些突變破壞了整個基因網(wǎng)絡的協(xié)同功能。
這一研究成果公布在9月29日Cell雜志在線版上。領導這一研究的是約翰霍普金斯大學McKusick-Nathans遺傳醫(yī)學研究所教授Aravinda Chakravarti，他開創(chuàng)了所謂多基因復雜疾病研究的先河。
Chakravarti表示，“我們認為基因都是各過各的，但實際上它們不可能是單獨存活。相反大家族中多個基因與調(diào)控元件都生活在同一條染色體上，不斷的發(fā)生相互作用，每一個都有其自己的工作，但是都需要協(xié)同作用，完成一項基因功能，如果其中一個受到干擾，其它的也無法置身事外。”
Chakravarti很早就開始研究Hirschsprung癥，這是一種先天性的紊亂，由于部分結腸缺乏神經(jīng)細胞，因此無法放松，導致的結果就慢性便秘，腹部膨脹，在美國每5000個新生兒中就有一個受這種紊亂影響，但可以通過外科手術來治療。雖然這種疾病有復雜的遺傳成因，但它只有一個器官：結腸出現(xiàn)癥狀，因此是研究復雜遺傳疾病的優(yōu)秀模型。
在2002年和2015年，Chakravarti研究組分別通過全基因組關聯(lián)研究 (GWAS) ，找到了與這一疾病相關的遺傳突變，進一步的研究還確定了RET基因及其調(diào)控元件的重要影響——幾乎每位Hirschsprung癥患者都至少有一個RET相關突變。但是由于許多非Hirschsprung癥患者也有這個突變，因此病理原因仍然是一個謎。
研究組成員決定試試分析 RET 基因附近特殊區(qū)域中的遺傳代碼SNP，這些所謂的基因增強子就像是開關，能通過結合合適的定位蛋白（轉錄因子），開啟或關閉基因活性。
之后研究人員將RET基因換成了一個報告基因，在人類神經(jīng)細胞系中進行了一系列的實驗，發(fā)現(xiàn)只有三個SNPs在不同的增強子作用下，才能弱化增強子上結合轉錄因子的作用，減少基因活性。
研究人員檢驗了這三個SNPs的不同組合，結果表明雖然沒有一個增強子能直接相互作用，但他們總結出了一個趨勢：越多增強子受到影響，報告基因活性就越低。在這之后，研究人員又將實驗擴展到了346位Hirschsprung癥患者，和732位健康對照，從而確定了這一規(guī)律。出現(xiàn)這三個SNPs的人群具有Hirschsprung癥四倍的患病風險。
進一步的小鼠實驗中，研究人員發(fā)現(xiàn)這三個增強子是在發(fā)育胚胎腸道的不同發(fā)育時期發(fā)揮作用的，他們也找到了與其結合的轉錄因子。由此研究人員在小鼠中剔除了RET基因，檢測其“基因家族”如何做出回應。結果三個與增強子結合的轉錄因子中有兩個，在RET被沉默后活性降低，但在細胞表面與RET共同作用的蛋白，以及與RET結合的信號分子活性增加了，這些來自人體細胞的數(shù)據(jù)也表明降低轉錄因子的水平會減少RET的表達水平。
文章的第一作者Sumantra Chatterjee博士指出，“這一發(fā)現(xiàn)有助于解釋RET相關的突變?yōu)楹问?span lang="EN-US">Hirschsprung癥的必需非充要條件。”
Chakravarti說，“我們證明了這些基因彼此關系密切，這不是因為它們序列或基因組位置相似，而是因為它們共同作用，執(zhí)行一項功能。”
