基因組和轉錄組聯合分析（一）：揭示網狀色素異常的致病機理

疾病的發生髮展是一個複雜的過程，DNA、表觀遺傳的變異、基因表達水平的異常等都會影響身體的健康狀態。單一組學已很難滿足科研需求，隨著測序技術的普及和分析方法的完善，多組學聯合的方法逐漸成為主流，疾病研究也呈現出多組學發展的趨勢，在研究疾病致病機理、篩選治病靶點的研究中發揮重要作用。整合基因組學和轉錄組學數據，DNA層面篩選的候選基因在轉錄水平的展示，RNA層面顯著差異表達基因在基因組突變的分析，以及關鍵基因的通路富集分析等，將基因組和轉錄組緊密的聯繫起來。常見思路如下圖：

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Starokadomskyy P, Gemelli T, Rios J J, etal. DNA polymerase-α regulates the activation of type I interferons throughcytosolic RNA: DNA synthesis.[J]. Nature Immunology, 2016, 17(5): 495

背景：先天性免疫依賴於宿主對潛在抗原的特定分子模式的識別。病毒及其複製模式產生異常核苷酸會激活先天免疫信號，引起I型干擾素產生。參與這些信號機制的基因發生突變會導致免疫缺陷疾病。X連鎖的網狀色素異常（X-linked reticulate pigmentary disorder, XLPDR）是一種自發炎症的原發性免疫缺乏症疾病。

樣本：12個XLPDR家系中的4例患者樣本；2例患者、4例正常人的成纖維母細胞系樣本（各兩個生物學重複）。

測序策略：患者，WGS，測序深度>50x；細胞系，RNA-seq，19.5 million reads／sample

實驗驗證：資料庫頻率驗證，患病個體和正常人群驗證，細胞學功能驗證，qRT-PCR驗證基因表達情況，蛋白表達量差異驗證。

研究結果

基因組：WGS發現POLA1內含子突變

轉錄組：RNA測序發現POLA1缺陷激活I型干擾素

比較4個正常個體和2個患病個體細胞系轉錄組，發現患者個體細胞中許多編碼I型干擾素調節因子、信號通路和NF-κB的基因表達上調。進一步對5個病人和14個正常個體血液樣本進行qRT-PCR，發現患者中干擾素調節因子和NF-κB依賴的基因10倍高表達於正常個體。表明：POLA1突變激活干擾素調節因子和NF-κB依賴基因，進而激活I型干擾素反應機制。

細胞功能學驗證：通過免疫熒光、免疫印跡、qRT-PCR、siRNA等方法確定POLA1內含子突變影響了DNA聚合酶α，影響細胞溶質RNA：DNA表達量，減少其雜交，進而影響抗病毒基因表達和核酸感測器通道的調節，使得I型干擾素反應機制激活，引起XLPDR疾病表型。

研究結論：整合DNA和RNA分析結果，發現POLA1內含子突變影響了POLA1基因表達。POLA1缺陷影響了DNA聚合酶α，促進I型干擾素的產生。POLA1蛋白和I型干擾素共同影響RNA：DNA雜合體合成，引起XLPDR疾病表型。

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