从理论上来讲,由单个受精卵发育而来的个体,其染色体数目、大小和形态特征应该完全相同,但实际中仍存在体内存在多种遗传性状细胞亚群的个体,这种现象被称为染色体嵌合。人体内的5万-20万个造血干细胞每天都会通过增殖分化会产生数十亿的血细胞,旺盛地分裂意味着发生基因突变事件的次数可能更多。
当某种特定的突变赋予细胞生长优势时,这个突变可能并不会被清除,而是保留下来,并通过有丝分裂发生克隆性扩增,最终产生与原个体遗传性状不同的细胞亚群。
50年前发现的男性白细胞的Y染色体嵌合缺失是目前最常见的嵌合现象,在40岁以上的欧洲男性中,有20%的白细胞中已经出现了Y染色体嵌合缺失现象,而在70岁以上的群体中,这一比例则高达45%。
流行病学分析也发现Y染色体嵌合缺失现象与与癌症、糖尿病、自免疫疾病多种复杂疾病相关,但是目前尚不清楚Y染色体嵌合缺失是否为细胞提供了生长优势,也不清楚Y染色体嵌合缺失发生的具体机制,Y染色体嵌合缺失与复杂疾病之间的因果关系也有待进一步探究。
2019年,来自英国剑桥大学的英国医学研究理事会流行病学中心的约翰·佩里团队,通过对英国生物银行中205,011名男性的基因芯片数据进行全基因组关联分析,发现了156个与Y染色体嵌合缺失相关的常见基因位点,并找到了与这些基因位点所在的基因区域,同时分析了这些基因区域的生物学意义。
然而,与目前大多数全基因组关联分析所面临的困境类似,通过分析得到的常见变异多在非编码区域且影响效应较小,很难针对某一基因进行下游实验分析。
最近,约翰·佩里团队利用英国生物银行去年年底公开的超过20万人的全外显子组数据集,试图寻找与Y染色体嵌合缺失相关联的基因。通过分析超过8.2万名欧洲男性的数据,他们发现了两个与Y染色体嵌合缺失显著相关的基因——GIGYF1与CHEK2。
其中,GIGYF1上的罕见功能性缺失突变,显著提升了男性白细胞出现Y染色体嵌合缺失现象的风险。当研究人员发现GIGYF1编码的蛋白与胰岛素和类胰岛素样生长因子受体相互作用时,猜测该基因功能缺失也会影响代谢健康,通过分析一系列代谢相关的性状,这一猜测得以证实。
具体来说,携带GIGYF1上罕见功能缺失性突变的人群,患二型糖尿病的风险,要远远高于非携带者,并且这种关联在校正身体质量指数后仍然显著。除此之外,携带GIGYF1上罕见功能缺失性突变的人群也具有更高的脂肪量,更低的胰岛素样生长因子浓度以及更低水平的握力,这些发现都与GIGYF1的生物学意义相称。
研究人员表示,该研究证实了Y染色体嵌合缺失和代谢健康之间的潜在联系,后续的相关实验工作将进一步揭示这一联系。