新方法识别与复杂疾病相关的遗传标志物

来自麻省理工学院的研究人员开发了一种识别与复杂疾病相关的遗传标记的新方法。

许多疾病，如癌症，糖尿病和精神分裂症，往往会通过家庭传递。在研究人员大约15年前测序人类基因组后，他们寄予很高的希望，这一信息的这种信息将揭示基因，使这些具有这种强烈遗传性疾病的基因。

然而，2010年左右，科学家们开始意识到这不是淘汰。对于一个人来说，患者甚至不够：为了解除统计上显着的遗传标记，研究人员需要群体的患者比他们到目前为止的能力大得多。此外，许多这些研究的变体被发现在编码蛋白质的DNA区域之外，使得它们可能导致疾病的难度更难。

麻省理工学院的新研究解决了这两个问题。通过将有关基因疾病关联的信息与称为外形元素标记的地图相结合，这对研究人员能够识别遗传性心脏病的额外遗传贡献者，使人们更容易受到心力衰竭的影响。

“这种方法克服了人类遗传领域的主要障碍，解决了许多复杂性状的隐藏遗传性的重要问题，”麻省理工学院的生物学和生物工程和生物工程生物工程的劳里博博士说研究的高级作者。

研究人员说，这种策略也可以阐明许多其他遗传疾病。

“令人兴奋的部分是我们在一个组织中将其应用于一个特征，但我们现在可以应用于基本上每种疾病，”MIT研究生和纸质的主要作者Xinchen Wang说。“现在我们的新方向是针对胆固醇相关的心脏病和阿尔茨海默氏症等一些更大的疾病。”

Manolis Kellis是计算机科学教授和麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室和广泛研究所的一位议员，也是本文的高级作者，该论文显示在5月10日期刊Elife。

寻找模式

由于人类基因组项目完成，科学家比较了数千人的遗传构成，寻找与特定疾病相关的遗传差异。这些研究，被称为基因组关联研究（GWAS），揭示了与2型糖尿病，帕金森病，肥胖症和克罗恩病相关的遗传标志。

然而，为了使变量被认为是显着的，它必须根据患者出现的频率以及它对疾病的效果有多大致符合严格的统计标准。到目前为止，给定变体产生更重要的“命中”的唯一方法将是研究中的人数，这是困难和昂贵的。

麻省理工学院队采取了另一种方法，该方法是试图鉴定不足以达到较小研究的基因组意义，但仍然对特定疾病产生影响的变体。

“低于这个基因组 - 范围的重要性阈值，这是大量标记，也许我们应该注意，”凯利斯说。“如果我们能够在这些亚阈值基因座中成功优先考虑新的疾病基因，我们可以在开发靶向这些基因的新治疗方法方面开始。”

为了测试这一策略的有用性，研究人员专注于称为QT间隔的心脏特征，这是一种衡量电气冲击通过心脏流动的时间需要多长时间。这种间隔的变化是心律失常和心力衰竭的危险因素，这是美国的主要死因之一。

基因组 - 范围的协会研究已经产生约60个与QT间隔长度的变化有关的遗传标记。MIT团队创建了一种计算机算法，首先分析这些已知标记以发现它们之间的常见表观蛋白特性，然后使用这些性质来挑选具有类似性质的亚阈值遗传标记，使这些标记可能对疾病特征的贡献者产生类似的性质。

该分析表明，许多已知的显着的遗传变体位于已知为增强剂的基因组的部分中，从远处控制基因活性。发现这些变体的增强剂在心脏组织中特别活跃，倾向于位于更可能是调节的DNA区域中，并且在灵长类动物遍布中的区域中发现。

然后，研究人员分析了仅与QT间隔弱相关的变体，并发现大约60个附加位数，该地点共享了大多数这些性质，可能将先前使用遗传证据识别的候选区域的数量加倍。

接下来，研究人员试图预测这些遗传变异影响的靶基因。为此，他们分析了染色体的三维结构的模型，以预测含有亚阈值变体的增强子区域与其潜在靶基因的长距离接触。它们选择了大约两次那些基因进行进一步研究，并且从自己的实验结合分析了先前的基因淘汰赛研究，他们发现许多预测的新靶基因对心脏进行电脉冲的能力产生了影响。

“这是我们正在寻找的吸烟枪，”凯利斯说。“我们现在具有来自人类的遗传证据，来自心脏细胞的表观胸肉，以及来自小鼠的实验数据，共同表明亚阈值增强剂的遗传差异影响了心脏功能。”

跳过前面

Boyer的实验室现在计划将这种方法应用于更多关于先天性心脏缺陷的更多信息。

“我们对先天性心脏缺陷的遗​​传病程很少了解。每15分钟一个婴儿出生都有先天性心脏缺陷，这是一种毁灭性的缺陷，“她说。“我们现在可以追溯到一些基因组和表观胸肉研究，以改善我们对这些不同缺陷生物学的理解。”

该方法由麻省理工学院团队制定的方法是普遍的，并应允许研究人员在许多特征上工作，以识别使用基因组 - 宽协会研究时是不可见的遗传标记。这可以加快新疗法的发展，特别是对于罕见疾病，聚集足够大的患者可以是非常困难的，有时不可能。

“而不是等待多年，直到亚阈值变异阐明遗传学，我们可以立即跳过并开始表征优先区域和基因，”博伊尔说。

“我们预计一系列扩大的候选药物目标可以缩短新治疗剂的道路，几十年来造成许多毁灭性疾病，并帮助将这些见解转化为人类健康的切实改善，”凯利斯说。

该研究由国家卫生研究院和国家卫生，肺和血液研究所代表到BASSINET计划资助。

其他促进本研究的其他机构包括马萨诸塞州综合医院，以及荷兰的霍博尔赫特研究所和格罗宁大学。

出版物：新辰王，等，“发现和验证亚阈值基因组 - 宽协会研究基因座，”Elife，2016; DOI：10.7554 / Elife.10557