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基于整合组学分析发现并验证DISC1基因多态性与sALS的易感性

霍丽伟  
【摘要】:目的:肌萎缩侧索硬化症(amyotrophic lateral sclerosis,ALS)是一种罕见的和毁灭性的神经退行性疾病,主要累及运动神经元导致进行性麻痹,并最终致死。ALS约5%~10%的患者有家族史,称为家族性肌萎缩侧索硬化症(FALS),剩余90%~95%属于散发性肌萎缩侧索硬化症(sALS)。散发性肌萎缩侧索硬化症是一种受遗传和环境共同影响的衰老性复杂疾病。目前,全基因组关联研究(Genome-wide association study,GWAS)已经揭示了很多易感基因和大量的风险SNP位点与sALS有关,但是其致病的分子机制仍需进一步探索。更重要的是,现有的GWAS筛查之间的重复性低;且几乎所有的筛查仅针对严格符合全基因组显著性水平(P10-5)的少数位点开展研究,大量微小效应的遗传变异被忽略。据此本研究通过整合多个GWAS筛查与sALS相关的微小效应位点;利用通路分析探讨可能致ALS的分子机制;进一步通过两阶段的关联分析策略发现并验证中国人群特异的功能基因。方法:基于两个不同族群来源的sALS相关的全基因组关联研究(GWAS)(美国和爱尔兰研究)构建sALS相关整合数据集。通过基因集富集分析(Gene set enrichment analysis,GSEA),评价族群间GWAS的重复性。利用通路分析揭示两研究间共支持的功能通路,以及在这些通路中sALS相关的易感基因。为了进一步验证sALS与功能相关靶基因之间的关联,我们采用了两阶段病例对照研究(500例sALS患者,500例健康对照)。发现并分步骤验证候选基因的sALS易感位点。结果:通过对两个sALS相关的全基因组关联研究(GWAS)(美国和爱尔兰研究)的整合分析,本研究在3,227个亚显著候选基因集中发现了371个共支持易感基因;而GSEA分析,不仅表明两研究在整体水平(P10-4)存在显著重复性,也提示两个GWAS筛查所确定的ALS易感基因具有相似的功能背景。通路分析发现这两个独立研究间存在34个共支持的GO(Gene Ontology)生物过程(biological processes)通路(P10-2),其中10个通路与NSD功能有关。而基于79个已报道的ALS易感或致病基因的通路分析,也印证了NSD在ALS发病进程中的重要作用(P=0.0013)。在这些通路中,与神经系统发育功能(nervous system development,NSD-function)有关的神经系统发育通路(nervous system developmental pathway,GO:0007399)进一步被已报道的sALS的易感及致病基因所支持。在基于中国人群的全基因组病例对照研究中,17个NSD功能相关的共支持易感基因中,有4个(DISC1,CNTN4,NRXN3和ERBB4)呈现出与sALS有显著关联(P0.01)。而在第二阶段中国汉族人群病例对照研究的进一步印证中,参与神经系统发育通路的DISC1基因的多态性位点rs3737597与sALS密切相关。结论:神经系统发育通路是sALS的一种潜在发病机制,其中DISC1基因的rs3737597基因型多态性可能发挥了一些作用;用结合了低显著性阈值和通路分析的整合策略来阐明复杂疾病的发病机制是可行的。


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