復雜疾病研究思路課件

1、復雜疾病研究思路課件復雜疾病：是在眾多因素共同作用下發(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因素，遺傳模式復雜?？梢哉J為對于復雜疾病來說，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。復雜疾病心腦血管疾?。ǜ哐獕?、冠心病、卒中）神經(jīng)系統(tǒng)疾病（自閉癥、帕金森、阿爾茲海默癥）代謝類疾病（糖尿病、甲亢）呼吸系統(tǒng)疾病（慢阻肺）自身免疫?。t斑狼瘡、類風濕）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)展機制分子標志物疾病治療遺傳易感性遺傳基礎是由多基因構成的，它部分決定了個體發(fā)病的風險。這種由遺傳基礎決定一個個體患病的風險稱為易感性。（因此學術界將遺傳因素和環(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聯(lián)分析（Genome-wide association study，GWAS）是一種對全基因組范圍內的遺傳變異基因總體關聯(lián)分析的方法，能夠一次性對疾病進行輪廓性概覽，適用于復雜疾病的研究。傳統(tǒng)的GWAS研究以芯片技術為主，依賴于已知基因序列和雜交反應，往往遺漏重要信息，且可靠性、重復性差。近兩年，利用高通量測序

3、進行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與該病是否有關聯(lián)及關聯(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。利用基因芯片進行GWAS研究問題：有效性：難以檢測到罕見變異（探針設計及低頻問題）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果，大量功能實驗的驗證才是根本解決辦法重復性：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，不局限于已知位點，能夠檢測未知突變及低頻突變可靠性：測序準確性高于基因芯片技術，分析結果可靠性更高重復性：測序重復性較高精確性：測序不局限于已知位點，能夠對特定基因的全部變異情況進行全面分析，更有利于將疾病與基因關聯(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，利于分析和驗證轉錄組：基因變異和表達量兩個維度的分析 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%內的極端個體）進行了外顯子組測序。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水平的關系，而且在這三個基因中發(fā)現(xiàn)了更多的相關位點。相關基因變異文章通過關聯(lián)分析找出了LDL-C相關的PNPLA5、PCSK9、LDLR及APOB

6、基因上的變異，也側面說明了利用外顯子組測序進行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， 進行GWAS分析。針對最相關的SNP，在已有研究的數(shù)據(jù)(5,415 schizo-phrenia cases, 4,785 bipolar cases and 12,991 controls)中進行篩選。針對此SNP，利用轉錄組測

7、序手段分析其相關的關鍵基因。Nov，2013Manhattan plot4q26：該區(qū)段包含16個強相關SNPs，其中rs11098403相關性最高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行eQTL研究發(fā)現(xiàn)， rs11098403與NDST3的表達量明顯相關，而NDST3編碼一個硫酸乙酰肝素代謝過程中的關鍵酶。Rs11098403與NDST3表達對31個人, 20個恒河猴

8、和16個大鼠海馬組織進行轉錄組測序，發(fā)現(xiàn)所有人的rs11098403 附近會產生一個新轉錄本，這個轉錄本與NDST3的一個內含子保留的剪接變體有高度同源性?？赡艿臋C制發(fā)生發(fā)展機制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）的相關基因，作者對14個LOAD家族（每個家族至少4個患者）進行了研究，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 對照中進行的調查也發(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險。PLD3基因變異PLD3蛋白通常在腦組織中高表達，尤其是海馬和大腦皮層，而在阿爾茲海默癥患者的神經(jīng)元細胞中表達量則明顯降低。將PLD3過表達于小鼠成神經(jīng)細胞瘤N2A細胞系中，細胞間淀粉樣蛋白-B前體蛋白APP明顯降低，而利用shRNA敲低PLD3則使APP表達升高，說明PLD3基因參與APP的表達過程，而APP的過表達正是阿爾茲海

10、默癥發(fā)病的重要原因。PLD3表達降低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行了轉錄組測序，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導致免疫應答增強；應激反應基因由6.8%增長至14.7%，代謝過程基因由47.3%降低至34.0%，推測是免疫應答增強的下游反應。差異基因注釋Gravesdisease中最明顯上調的基因有15個，包括6個HLA基因，4個細胞因子和趨化因子相關基因，4個生長合成相關基因及1個未知功能基因。差異表達基因最為相關的通路為免疫應答，另外病原體感染、甲狀腺生長、應激反應和第二信使信號通路的上調也較為明顯，而這些高表達基因的互做網(wǎng)絡顯示，NFkB復合物可能是這些通路相互作用中的關鍵分子。差異基因互做網(wǎng)絡案例3取pilocarpine 誘導癲癇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基因關鍵基因分子標志物分子標志物是生物過程的指示物。根據(jù)分子標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。現(xiàn)在的分子標志物技術很大程度上應用于臨床疾病診斷以及愈后預測。分子標志物案例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只進行miRNA測序，尋找與T2D相關的miRNA。Nov，2014T2D組和對照組間的差異miRNA在3個尺度進行比較 ：所有樣本、intact組樣本、HFD組樣本，共發(fā)現(xiàn)24個差異表達的miRNAs，其中13個都是曾在大小鼠中發(fā)現(xiàn)的T2D相關miRNAs。差異miR

14、NAsIntact組 VS HFD組HFD相關差異miRNAs關鍵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，進行小鼠成瘤實驗，LTL-313B在4個月內均在局部生長，未表現(xiàn)遠處轉移，而LTL-313H則在侵襲至腎臟，并在3個月內發(fā)生肺部轉移。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