靶向捕獲測(cè)序應(yīng)用于多基因遺傳病銀屑病的致病基因鑒定
銀屑病，俗稱干癬，是一種常見的具有特征性皮損的慢性易于復(fù)發(fā)的炎癥性皮膚病，被認(rèn)為是是遺傳因素與環(huán)境因素等多種因素相互作用的多基因遺傳病。
在以往對(duì)多基因遺傳病的發(fā)病機(jī)理探索中，研究者們通過正常與疾病對(duì)照樣本的基于SNP芯片的全基因組GWAS實(shí)驗(yàn)，尋找到了兩組個(gè)體中多態(tài)性與該遺傳病相關(guān)性。然而許多疾病的發(fā)病又是后天的，如糖尿病與飲食即后天的生活環(huán)境有很大的關(guān)聯(lián)，這類復(fù)雜的疾病遺傳機(jī)制很難通過基于SNP芯片的GWAS找到全部決定性的遺傳變異。隨著二代測(cè)序技術(shù)以及序列富集技術(shù)的改進(jìn)，人們將解決這個(gè)問題的注意力轉(zhuǎn)向了與疾病相關(guān)的基因編碼區(qū)域。
全基因組外顯子測(cè)序是利用序列捕獲技術(shù)將全基因組外顯子區(qū)域 DNA 捕捉并富集后進(jìn)行高通量測(cè)序的基因組分析方法。由于其具有對(duì)常見和罕見變異高靈敏度, 能發(fā)現(xiàn)外顯子區(qū)絕大部分疾病相關(guān)變異以及僅需要對(duì)約 1%的基因組進(jìn)行測(cè)序等優(yōu)點(diǎn), 促使全基因組外顯子測(cè)序和基于其發(fā)展起來的靶向捕獲技術(shù)成為鑒定孟德爾疾病的致病基因最有效的策略, 也被運(yùn)用于復(fù)雜疾病易感基因的研究和臨床研究中。
近期，以安徽醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院牽頭的，多個(gè)研究機(jī)構(gòu)參與的一個(gè)銀屑病項(xiàng)目共同在Nature Genetics上發(fā)表了一篇文章1，結(jié)合了外顯子組和靶向區(qū)域捕獲和二代測(cè)序技術(shù)，為銀屑病這種多基因遺傳病的機(jī)理研究提供了一條新的技術(shù)路線 (見右圖)。
為了檢測(cè)功能編碼區(qū)突變對(duì)銀屑病遺傳易感性的影響，中國(guó)的研究人員對(duì)兩個(gè)完全獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)群體（共包含21,309個(gè)個(gè)體，均來自漢族人群）進(jìn)行了一次大范圍的功能區(qū)突變位點(diǎn)的測(cè)序和分析，并發(fā)現(xiàn)了6個(gè)與該疾病相關(guān)基因及多個(gè)可能引起致病的突變。
實(shí)驗(yàn)前期，研究人員用NimbleGen全外顯子組捕獲技術(shù)從781名銀屑病患者和676名正常個(gè)體DNA樣本中捕獲了所有基因的外顯子區(qū)域，通過測(cè)序分析和單突變關(guān)聯(lián)分析共檢測(cè)到133個(gè)與銀屑病遺傳易感性顯著關(guān)聯(lián)的非同義突變SNVs以及742個(gè)可能與致病相關(guān)的基因。但Bonferroni校正結(jié)果表明，這742個(gè)基因在全基因組水平都不具有顯著性。
考慮到樣本大小對(duì)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，研究人員利用靶向捕獲測(cè)序技術(shù)在9,946個(gè)銀屑病患者和9,906個(gè)正常個(gè)體中對(duì)以上突變位點(diǎn)和致病基因進(jìn)行了進(jìn)一步篩選和驗(yàn)證。他們用NimbleGen序列捕獲定制芯片對(duì)包含了1,326個(gè)基因（這些基因覆蓋了133個(gè)非同義突變SNVs，742個(gè)可能的致病基因以及622個(gè)已被GWAS檢測(cè)為免疫疾病相關(guān)基因）的外顯子區(qū)域進(jìn)行富集之后，再次進(jìn)行深度測(cè)序。
綜合兩個(gè)實(shí)驗(yàn)群體的10,727個(gè)病例和10,582個(gè)對(duì)照的622個(gè)免疫疾病相關(guān)基因的非同義突變SNVs的單突變關(guān)聯(lián)分析結(jié)果，研究人員發(fā)現(xiàn)了6個(gè)可能的銀屑病致病基因，分別是：IL23R、LCE3D、ERAP、GJB2、ZNF816A和FUT2 。
綜合以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果，研究人員表示，通過靶向富集深度測(cè)序在前期GWAS研究的易感基因上在后續(xù)群體的驗(yàn)證中獲得了更多的陽(yáng)性結(jié)果；對(duì)于遺傳性疾病，尤其是多基因遺傳疾病的致病機(jī)理研究，這條嶄新的技術(shù)研究路線即全外顯子組和靶向區(qū)域富集的小范圍研究，在不會(huì)產(chǎn)生大量測(cè)序費(fèi)用的同時(shí)可加深測(cè)序深度，集中在功能基因的編碼區(qū)域?qū)ふ遗c疾病相關(guān)的突變位點(diǎn)，使對(duì)之前基于SNP芯片的GWAS研究形成一個(gè)強(qiáng)有力的補(bǔ)充，同時(shí)為未來臨床診斷提供更多地生物標(biāo)記。
1. A large-scale screen for coding variants predisposing topsoriasis. Nature Genetics.2014 Jan. DOI:10.1038/ng.2827
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