復(fù)雜疾病研究思路課件

1、復(fù)雜疾病研究思路課件復(fù)雜疾?。菏窃诒姸嘁蛩毓餐饔孟掳l(fā)生的，如多個基因、一個基因的多個突變、環(huán)境作用以及未知的隨機(jī)因素，遺傳模式復(fù)雜?？梢哉J(rèn)為對于復(fù)雜疾病來說，每個基因影響有限，單獨不足以致病，而且可能對于疾病既非充分也非必要。復(fù)雜疾病在普通人群中發(fā)病率較高（一般不少于1%），所以也叫“常見疾病”，如精神分裂癥、雙相情感障礙、糖尿病、癌癥等。復(fù)雜疾病心腦血管疾病（高血壓、冠心病、卒中）神經(jīng)系統(tǒng)疾?。ㄗ蚤]癥、帕金森、阿爾茲海默癥）代謝類疾?。ㄌ悄虿　⒓卓海┖粑到y(tǒng)疾?。璺危┳陨砻庖卟。t斑狼瘡、類風(fēng)濕）涉及疾病種類致病因素遺傳因素基因變異表觀遺傳環(huán)境因素生物性因素理化性因素營養(yǎng)性因素精神性因

2、素研究方向遺傳易感性發(fā)生發(fā)展機(jī)制分子標(biāo)志物疾病治療遺傳易感性遺傳基礎(chǔ)是由多基因構(gòu)成的，它部分決定了個體發(fā)病的風(fēng)險。這種由遺傳基礎(chǔ)決定一個個體患病的風(fēng)險稱為易感性。（因此學(xué)術(shù)界將遺傳因素和環(huán)境因素共同作用決定個體患病某種遺傳病的風(fēng)險稱為易患性。易感性+環(huán)境因素=易患性）遺傳易感性全基因組關(guān)聯(lián)分析（Genome-wide association study，GWAS）是一種對全基因組范圍內(nèi)的遺傳變異基因總體關(guān)聯(lián)分析的方法，能夠一次性對疾病進(jìn)行輪廓性概覽，適用于復(fù)雜疾病的研究。傳統(tǒng)的GWAS研究以芯片技術(shù)為主，依賴于已知基因序列和雜交反應(yīng)，往往遺漏重要信息，且可靠性、重復(fù)性差。近兩年，利用高通量測序

3、進(jìn)行GWAS逐漸興起。SNP A 不患病SNP A 患病SNP B 不患病SNPB 患病統(tǒng)計分析評價該SNP與該病是否有關(guān)聯(lián)及關(guān)聯(lián)程度GWAS患病人群正常人群遺傳易感性研究常見變異假說Common disease-Common variants: 常見疾病主要是由常見基因的常見變異累積引起的。利用基因芯片進(jìn)行GWAS研究問題：有效性：難以檢測到罕見變異（探針設(shè)計及低頻問題）可靠性：GWAS主要依賴統(tǒng)計分析，因此可能會出現(xiàn)比較多的假陽性和假陰性結(jié)果，大量功能實驗的驗證才是根本解決辦法重復(fù)性：不同的群體、不同的研究一致性差精確性：GWAS可以確定與性狀或疾病相關(guān)的位點而非直接確定基因本身 高通量測

4、序優(yōu)勢有效性：高通量測序技術(shù)，不局限于已知位點，能夠檢測未知突變及低頻突變可靠性：測序準(zhǔn)確性高于基因芯片技術(shù)，分析結(jié)果可靠性更高重復(fù)性：測序重復(fù)性較高精確性：測序不局限于已知位點，能夠?qū)μ囟ɑ虻娜孔儺惽闆r進(jìn)行全面分析，更有利于將疾病與基因關(guān)聯(lián) 全基因組測序：對基因組最全面的分析外顯子組：有效信息率高，利于分析和驗證轉(zhuǎn)錄組：基因變異和表達(dá)量兩個維度的分析 Whole-Exome Sequencing Identifies Rare and Low-Frequency Coding Variants Associated with LDL Cholesterol Leslie A. Lange

5、, Youna Hu, He Zhang, et al.February , 2014 案例1對2005個美國人（其中554個為低密度脂蛋白-膽固醇LDL-C水平最高307個和最低247個的2%內(nèi)的極端個體）進(jìn)行了外顯子組測序。Illumina測序平臺雙端76bp測序，平均測序深度為127X。材料與方法發(fā)現(xiàn)了LDL-C水平與PNPLA5基因中的罕見低頻突變有關(guān)證實了以往研究中通過傳統(tǒng)GWAS方法發(fā)現(xiàn)的PCSK9、LDLR及APOB三個基因與LDL-C水平的關(guān)系，而且在這三個基因中發(fā)現(xiàn)了更多的相關(guān)位點。相關(guān)基因變異文章通過關(guān)聯(lián)分析找出了LDL-C相關(guān)的PNPLA5、PCSK9、LDLR及APOB

6、基因上的變異，也側(cè)面說明了利用外顯子組測序進(jìn)行GWAS分析比傳統(tǒng)研究更高效更全面，發(fā)現(xiàn)更多編碼區(qū)的相關(guān)位點。PNPLA5變異與LDL-CGenome-wide association study implicatesNDST3 in schizophrenia and bipolar disorder案例2文章利用904個患有精神分裂癥和1640個正常的德系猶太人， 進(jìn)行GWAS分析。針對最相關(guān)的SNP，在已有研究的數(shù)據(jù)(5,415 schizo-phrenia cases, 4,785 bipolar cases and 12,991 controls)中進(jìn)行篩選。針對此SNP，利用轉(zhuǎn)錄組測

7、序手段分析其相關(guān)的關(guān)鍵基因。Nov，2013Manhattan plot4q26：該區(qū)段包含16個強(qiáng)相關(guān)SNPs，其中rs11098403相關(guān)性最高Rs11098403： Pgwas=6.55*10-9，odds ratio (OR) for minor (G) allele=1.41Replication and meta-analysis利用39個精神分裂癥病人，36個躁郁癥患者及44個正常對照的小腦組織進(jìn)行eQTL研究發(fā)現(xiàn)， rs11098403與NDST3的表達(dá)量明顯相關(guān)，而NDST3編碼一個硫酸乙酰肝素代謝過程中的關(guān)鍵酶。Rs11098403與NDST3表達(dá)對31個人, 20個恒河猴

8、和16個大鼠海馬組織進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測序，發(fā)現(xiàn)所有人的rs11098403 附近會產(chǎn)生一個新轉(zhuǎn)錄本，這個轉(zhuǎn)錄本與NDST3的一個內(nèi)含子保留的剪接變體有高度同源性?？赡艿臋C(jī)制發(fā)生發(fā)展機(jī)制Rare coding variants in the phospholipase D3 gene confer risk for Alzheimers disease為了分析遲發(fā)性阿爾茲海默癥（LOAD）的相關(guān)基因，作者對14個LOAD家族（每個家族至少4個患者）進(jìn)行了研究，每個家族中選取2個患者和1個未受影響的對照進(jìn)行外顯子組測序。測序采用Illumina HiSeq 2000平臺雙端測序，平均每個患者獲得160M

9、的reads數(shù)。Jan，2014案例1兩個不相干的家族中共同出現(xiàn)了PLD3基因上的Val232Met變異，在大量數(shù)據(jù)庫共4,998阿爾茲海默癥患者及6,356 對照中進(jìn)行的調(diào)查也發(fā)現(xiàn)阿爾茲海默癥患者中存在多種形式的PLD3基因變異，這些變異增高阿爾茲海默癥的患病風(fēng)險。PLD3基因變異PLD3蛋白通常在腦組織中高表達(dá)，尤其是海馬和大腦皮層，而在阿爾茲海默癥患者的神經(jīng)元細(xì)胞中表達(dá)量則明顯降低。將PLD3過表達(dá)于小鼠成神經(jīng)細(xì)胞瘤N2A細(xì)胞系中，細(xì)胞間淀粉樣蛋白-B前體蛋白APP明顯降低，而利用shRNA敲低PLD3則使APP表達(dá)升高，說明PLD3基因參與APP的表達(dá)過程，而APP的過表達(dá)正是阿爾茲海

10、默癥發(fā)病的重要原因。PLD3表達(dá)降低Jun，2014mRNA-seq reveals novel molecular mechanisms and a robust fingerprint in Graves disease. J Clin Endocrinol Metab.Gravesdisease又叫彌漫性毒性甲狀腺腫，是一種自身免疫病，是甲狀腺功能亢進(jìn)的主要原因。文章對9例Gravesdisease患者及12例正常的甲狀腺組織進(jìn)行了轉(zhuǎn)錄組測序，測序采用Illuminas HiSeq 2000平臺單端100nt測序。案例2正常對照樣本中參與免疫過程的基因占10.1%，而在患病樣本中則增長至

11、18.3%，表明Gravesdisease導(dǎo)致免疫應(yīng)答增強(qiáng)；應(yīng)激反應(yīng)基因由6.8%增長至14.7%，代謝過程基因由47.3%降低至34.0%，推測是免疫應(yīng)答增強(qiáng)的下游反應(yīng)。差異基因注釋Gravesdisease中最明顯上調(diào)的基因有15個，包括6個HLA基因，4個細(xì)胞因子和趨化因子相關(guān)基因，4個生長合成相關(guān)基因及1個未知功能基因。差異表達(dá)基因最為相關(guān)的通路為免疫應(yīng)答，另外病原體感染、甲狀腺生長、應(yīng)激反應(yīng)和第二信使信號通路的上調(diào)也較為明顯，而這些高表達(dá)基因的互做網(wǎng)絡(luò)顯示，NFkB復(fù)合物可能是這些通路相互作用中的關(guān)鍵分子。差異基因互做網(wǎng)絡(luò)案例3取pilocarpine 誘導(dǎo)癲癇12周后的大鼠海馬組織

12、 (PIlO, n = 4)及正常對照 (CTrl, n = 5). Deep sequencing reveals increased DNA methylation in chronic rat epilepsyNov, 2013差異甲基化分析差異甲基化分析差異表達(dá)基因關(guān)鍵基因分子標(biāo)志物分子標(biāo)志物是生物過程的指示物。根據(jù)分子標(biāo)志物可以指示判斷生物過程、發(fā)病過程以及治療過程中藥理反應(yīng)?，F(xiàn)在的分子標(biāo)志物技術(shù)很大程度上應(yīng)用于臨床疾病診斷以及愈后預(yù)測。分子標(biāo)志物案例1Comparative MicroRNA Expression Profiles of Cynomolgus Monkeys, Ra

13、t, and Human Reveal that miR-182 Is Involved in T2D Pathogenic Processes將食蟹獼猴分為兩組，一組正常飲食，一組高脂飲食(HFD)誘導(dǎo)糖尿病發(fā)生；根據(jù)飲食和最后是否發(fā)生T2D，將樣本分為四組：intact、intact-T2D、HFD、HFD-T2D，每組取3只進(jìn)行miRNA測序，尋找與T2D相關(guān)的miRNA。Nov，2014T2D組和對照組間的差異miRNA在3個尺度進(jìn)行比較 ：所有樣本、intact組樣本、HFD組樣本，共發(fā)現(xiàn)24個差異表達(dá)的miRNAs，其中13個都是曾在大小鼠中發(fā)現(xiàn)的T2D相關(guān)miRNAs。差異miR

14、NAsIntact組 VS HFD組HFD相關(guān)差異miRNAs關(guān)鍵miRNA：miR-182案例2Identification of a long non-coding RNA as a novel biomarker and potential therapeutic target for metastatic prostate cancer 從同一病人身上穿刺的不同克隆LTL-313B and LTL-313H，進(jìn)行小鼠成瘤實驗，LTL-313B在4個月內(nèi)均在局部生長，未表現(xiàn)遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移，而LTL-313H則在侵襲至腎臟，并在3個月內(nèi)發(fā)生肺部轉(zhuǎn)移。差異lncRNAsPCAT18特異性其他腫瘤雄激素與PCAT18功能驗證疾病治療案例Berberine ameliorates nonalcoholic