Cell Res|复旦大学与首都儿科研究所强强联合，首次建立神经管缺陷风险阈值的全基因组模型

2018年7月5号，复旦大学王红艳课题组与首都儿科研究所张霆课题组与贝勒医学院的研究人员合作在Cell Research上在线发表了题为“Threshold for neural tube defect risk by accumulated singleton loss-of-function variants”的文章。在这里，研究人员证明，NTD风险的遗传基础可以通过SLOFVS在一个人的基因组中的积累来衡量。无论其遗传背景或种族如何，大约9个SLoFVS是NTD风险的基因组阈值。同时，在NTD病例中，几乎所有的基因对NTDs的病因都没有什么影响。总之，该研究数据证明了像NTDs这样复杂的生殖不利疾病是如何从全基因模型中获益的。这增强了我们对这些严重先天性畸形的易感性的基因组结构的理解。

神经管缺陷(NeuraltualDefect，NTDS)是一类影响大脑和脊髓的主要结构畸形。它们是最常见的先天性畸形之一，全世界发病率为0.1%。 到目前为止，为了阐明其复杂病因的遗传基础，我们还要做的更多。虽然在小鼠中有400多个基因能够产生新NTD表型，但根小鼠NTD基因对人类候选基因的研究没有提供任何信息，只有平面细胞极性路径中的基因除外。最近，针对复杂性状提出了一个全基因遗传模型，表明根据这一新的观点，相关信号趋向于传播到几乎整个基因组。在复杂性状的基因组结构方面，研究人员重新评估了三个不同的NTD群体的全基因组测序(WGS)数据。

研究人员最初评估了中国NTD队列，并使用1000基因组计划（1KGP）作为对照。由于NTD序列样本数量有限，且1 KGP序列覆盖不均匀(编码区覆盖率较高)，仅选择少数(MAF<0.01)的NTDS蛋白编码变异体和对照组进行功能预测。并与1KGP和ExAC数据库(MAF1KGP<0.001和MAFExAC<0.001)进行比较。虽然D-mis和LoF变异被认为更有可能是致病变异，但与1KGP对照相比，并没有观察到中国NTD病例中更罕见的D-mis变异（单边Wilcoxon检验，P ?= 1，如下图）。

同时，也没有观察到249小鼠NTD相关基因4的人直向同源物中的有害变体的显着富集（χ2检验，P = 0.48）。 相比之下，当仅检查罕见的LoF变体时，在NTD病例（中位数= 17）中比在对照中显着更多这样的变体（中值= 12;双边Wilcoxon检验，P = 1.2×10-14;）。 这表明罕见的LoF变体在统计学上与NTD很好地相关。

研究人员想在不同的队列中验证观察结果;然而，当检查来自1KGP的WGS数据时，发现罕见的LoF变体的数量在不同群体之间变化。然而，单个LoF变体（SLoFV）的数量，即与整个1KGP数据相比仅出现一次的那些LoF变体，在不同群体中非常相似。这表明SLoFV的数量是稳定可靠的基因组指标NTD在人类中的风险。研究人员中国队列中重新检查了SLoFV，发现每个NTD病例的SLoFV中位数为15，而对照组中SLoFV的中位数为6（双边Wilcoxon检验，P = 1.7×10-31）。研究人员继续研究了美国和中东NTD队列中的SLoFV。将74个美国脊柱裂分析样本与来自1KGP的99个高加索人进行比较。再次，检测到统计学上显着的差异，NTD中有11.5个SLoFV，对照中有5个SLoFV（双边Wilcoxon检验，P = 6.4×10-14）。还检查了来自中东队列的WGS数据，其中包括69个脊柱裂分裂样本和108个匹配对照（1KGP中没有匹配的对照），并且检测到统计学上显着的差异，NTD中有7个SLoFV，对照中有5个SLoFV（两个 - 双边Wilcoxon检验，P = 2.7×10-6）。当三个NTD组（243例）组合并与来自1KGP的2,504个对照比较时，SLoFV的中位数在NTD中为11.5，在对照中为5（双边Wilcoxon检验，P = 3.3×10-61;二项式测试，P = 5.97×10-237，）。基于对~20,389个基因的测试的校正（P <2.5×10-6），两个结果都达到了Bonferroni校正的阈值。

进一步比较NTDs的两个主要亚型，无脑畸形（来自中国队列）与脊柱裂（来自美国队列），证明无脑病例携带的脊椎关节炎病例多于脊柱裂病例（15对9，双边Wilcoxon检验，P = 1.7×10-13）。 这表明NTD的亚型越严重，它可能包含的SLoFV越多。 因此，研究人员计算了具有不同数量的SLoFV的NTD的优势比（OR）。 结果表明，NTD风险存在阈值SLoFV数。 当SLoFV的数量达到9时，NTD的OR> 1 [OR = 3.3（1.8-6.0）]。 当个体携带更多的SLoFV时，NTD的风险呈指数增长，例如，10个SLoFV的OR = 4.8（2.7-8.3），12个SLoFV的OR = 6.6（2.9-13.8），OR = 43.1（18.8-107.6） 14个SLoFV。

分析了来自中国汉族和美国CEU队列的NTD病例中鉴定的那些SLoFV的基因和途径分布，以确定是否存在任何特异性富集。每个SLoFV都映射到KEGG途径;基于在每个途径中携带突变的个体NTD病例的百分比，计算具有突变的途径的频率。在> 10％的NTD样品中有14种含有SLoFV的途径，包括PI3K-AKT信号传导途径，紧密连接和粘着斑途径。还发现这些途径中的一些，例如紧密连接，在NTD和从羊水中分离的对照胎儿细胞之间的转录组水平上显着不同。然而，在Bonferroni校正后，NTD中没有显着富含SLoFV的途径）。实际上，在来自羊水的NTD胎儿细胞中检测到超过20,000个基因的表达，这表明大多数基因组在神经管发育期间具有转录活性。

在这里，研究人员证明，NTD风险的遗传基础可以通过SLOFVS在一个人的基因组中的积累来衡量。无论其遗传背景或种族如何，大约9个SLoFVS是NTD风险的基因组阈值。同时，在NTD病例中，几乎所有的基因对NTDs的病因都没有什么影响。总之，该研究数据证明了像NTDs这样复杂的生殖不利疾病是如何从全基因模型中获益的。这增强了我们对这些严重先天性畸形的易感性的基因组结构的理解。

时间：2018-07-16　 文章来源：