《自然》杂志发布基因调控里程碑式成果

作者: 应可钧、王承志

来源: 《自然》杂志

发布日期: 2017-10-17

Nature及其子刊联合发表了GTEx项目的重大成果,揭示了健康人群不同组织中基因调控机制及与疾病相关突变的分子机制。研究包括罕见遗传变异对基因表达的影响、基因在组织间表达的遗传学效应、RNA编辑的调控机制及X染色体失活现象。

上周四,Nature以及Nature Genetics联合发表了6篇文章,公布Genotype-Tissue Expression (GTEx)项目重大成果,该计划由美国NIH于2010年启动,旨在理解健康人群不同组织中基因调控机制,以及与疾病相关突变等方面的分子机制。该项目所得的全部数据,都可在GTEx Portal 网站查询。

早在人类基因组计划(HGP)完成后,科学家对人类已知的2万多个基因如何调控生命仍很迷惑,绘制清晰的遗传与表观遗传图谱,将有助于人们对生命的基本机制及疾病发生规律等方面的认识。

罕见遗传变异在人类群体中大量存在,并且被认为是影响个体间疾病风险差异的因素。尽管过去的研究已成功地揭示了常见遗传变异对疾病易感性的影响,但并未涉及罕见遗传变异在其中发挥的作用。为了进一步揭示罕见遗传变异在人体中产生的生物学效应,近期的一项研究探究了罕见遗传变异对不同组织中基因表达量的影响。

研究者选取了人类群体中部分表达极高或极低的基因作为主要研究对象,并将它们称为“基因表达离群者”。

通过结合全基因组分析和多组织的RNA测序数据,研究者鉴定了涵盖449个个体,44种不同人体组织中表达异常的“离群者”基因。数据显示,58%的表达过低基因和28%的表达过高基因附近,都存在着保守的罕见变异位点,而仅有8%的“非离群者”基因附近存在罕见变异位点。这一结果说明,罕见突变与基因表达水平在个体与组织间的巨大差异相关。

研究人类基因组及其在个体间的差异,对鉴定人类遗传性状和疾病有着至关重要的作用,基因型-组织表达 (GTEx) 计划旨在了解人体和个体组织中基因表达水平的差异。研究者使用了表达定量性状遗传位点(eQTL)作图法发现,大多数基因的表达水平受局部的遗传变异影响。

其中顺式-表达定量性状遗传位点(cis-eQTLs)在人类基因组中广泛存在,并影响了大部分人类基因的表达;而反式-表达定量性状遗传位点(trans-eQTLs)仅在18种组织中被鉴定出来,这说明相比于顺式-表达定量性状遗传位点,它们有更强的组织特异性。

腺嘌呤核苷转为次黄嘌呤核苷(A-to-I)RNA编辑,是一种重要的遗传信息修饰机制,它将RNA分子中的腺苷(A)脱氨基转变为肌苷(I),而肌苷在翻译过程中被识别为鸟苷(G),可导致遗传信息发生A→G突变。RNA编辑在增加抗体多样性、mRNA剪接等方面发挥着重要作用。因此深入理解RNA编辑功能,将会揭示许多生物过程的分子基础和疾病的致病机理。

虽然该现象很早就被发现,但是不同组织中的位点以及具体分子机制,还不甚明确。

X染色体失活是指雌性哺乳类细胞中两条X染色体的其中之一失去活性的现象。失活的X染色体会被包装成异染色质,进而因表达受抑制而沉默。X染色体失活使得雌性个体能够和雄性个体在X染色体上的基因表达量相当,这称为剂量补偿效应(dosage compensateion effect)。

但是,被沉默的X染色体上依然有一些基因能够“逃避”这种沉默,而这种逃避现象在不同个体和不同基因上都存在不同,其中是否存在一定规律目前还未能研究清楚。

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