【昊閱讀】Nature Genetics 4月精選文章一覽

發(fā)稿時(shí)間：2018-04-25來(lái)源：天昊生物

 

  

（一）

Germline de novo mutation clusters arise during oocyte aging in genomic regions with high double-strand-break incidence

卵母細(xì)胞老化期間雙鏈斷裂高發(fā)區(qū)域集中出現(xiàn)胚系新生突變簇
在癌癥基因組以及生殖系新生突變（DNM）中，研究者觀察到了突變聚類現(xiàn)象。我們從1,291個(gè)父母-子代三體的全基因組測(cè)序數(shù)據(jù)中鑒定了1,796個(gè)聚類DNM（cDNM），以進(jìn)一步研究它們的突變模式并推斷突變機(jī)制。我們發(fā)現(xiàn)，母親來(lái)源等位基因上的聚類數(shù)量與母親年齡呈正相關(guān)，并且與父源的聚類相比，這些聚類的個(gè)體突變更多，相互距離更遠(yuǎn)。超過(guò)50％的母系突變聚類位于第8,9和16號(hào)染色體上，這些區(qū)域先前也被確定具有更快的母系突變率。這些區(qū)域的母系突變聚類顯示出以C> G顛換為特征的獨(dú)特突變特征。最后，我們發(fā)現(xiàn)母系突變聚類與雙鏈斷裂（DSBs）的過(guò)程相關(guān)，如減數(shù)分裂中的基因轉(zhuǎn)換和新發(fā)基因組缺失事件。這一結(jié)果表明，DSB誘導(dǎo)的突變?cè)谡麄€(gè)卵母細(xì)胞衰老過(guò)程中積累，最終作為形成母系突變簇的機(jī)制。

 

（二）

Single-cell RNA sequencing identifies celltype-specific cis-eQTLs and co-expression QTLs
單細(xì)胞RNA測(cè)序鑒定細(xì)胞類型特異性順式eQTLs和共表達(dá)QTLs

全基因組關(guān)聯(lián)研究已鑒定出數(shù)千種與疾病相關(guān)的遺傳變異。這些遺傳變異大多數(shù)效應(yīng)較小，但它們的下游表達(dá)調(diào)控效應(yīng)，即所謂的表達(dá)數(shù)量性狀基因座（eQTLs），通常效應(yīng)較大并具有細(xì)胞類型特異性。為了使用無(wú)偏方法鑒定這些細(xì)胞類型特異性eQTL，我們使用單細(xì)胞RNA測(cè)序技術(shù)，獲得了來(lái)自45個(gè)供體的約25,000個(gè)外周血單核細(xì)胞的表達(dá)譜。我們確定了部分以前報(bào)道過(guò)的順式-eQTLs，但也確定了新的細(xì)胞類型特異性順式eQTLs。最后，我們匯報(bào)了個(gè)性化的共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)并鑒定出顯著改變共表達(dá)關(guān)系的基因變體（我們稱之為“共表達(dá)QTL”）。因此，單細(xì)胞eQTL分析技術(shù)，將有助于鑒定影響調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)的遺傳變異。

（三）

Natural regulatory mutations elevate the fetal globin gene via disruption of BCL11A or ZBTB7A binding

天然調(diào)節(jié)突變通過(guò)破壞BCL11A或ZBTB7A的結(jié)合來(lái)升高胎兒珠蛋白基因

β地中海貧血如鐮狀細(xì)胞病( SCD )和β-血紅蛋白病等是由成人HBB (β-珠蛋白)基因突變引起的。激活發(fā)育沉默的胎兒HBG1和HBG2 (γ-珠蛋白)基因是治療SCD和β-地中海貧血1的治療目標(biāo)。胎兒血紅蛋白( HPFH )是一種罕見的疾病，個(gè)體在整個(gè)成年期都表達(dá)γ-珠蛋白基因，其某些形式的遺傳持久性是由轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)上游約115和200 bp區(qū)域γ-珠蛋白基因啟動(dòng)子的點(diǎn)突變引起的。研究人員發(fā)現(xiàn)，主要胎兒珠蛋白基因阻遏物BCL11A和ZBTB7A (也稱為LRF )分別直接結(jié)合到-115和-200 bp的位點(diǎn)。此外，通過(guò)CRISPR-Cas9將天然存在的HPFH相關(guān)突變引入紅系細(xì)胞破壞了阻抑物結(jié)合并提高了γ-珠蛋白基因的表達(dá)。這些發(fā)現(xiàn)闡明了這些HPFH相關(guān)突變是如何運(yùn)作的，并證明BCL11A和ZBTB7A是胎兒珠蛋白基因的主要直接抑制物。

（四）

A conserved Shh cis-regulatory module highlights a common developmental origin of unpaired and paired fins

保守的Shh順式調(diào)節(jié)模塊突出了不成對(duì)鰭和成對(duì)鰭的共同發(fā)育起源

盡管脊椎動(dòng)物對(duì)附肢具有進(jìn)化、發(fā)育和功能上的重要性，但其起源仍不確定。在小鼠中，單個(gè)增強(qiáng)子ZRS單獨(dú)負(fù)責(zé)Shh在四肢中的表達(dá)。在這里，斑馬魚和小鼠轉(zhuǎn)基因試驗(yàn)追蹤ZRS在整個(gè)昆蟲系統(tǒng)發(fā)育中的功能等同。CRISPR / Cas9介導(dǎo)的青鳉ZRS缺失和增強(qiáng)子分析鑒定了硬骨魚和人類基因組中ZRS陰影增強(qiáng)子的存在。ZRS和陰影ZRS的缺失消除了shh的表達(dá)，并完全截?cái)嘈伥挼男纬?。引人注目的是?/span>ZRS的缺失導(dǎo)致背鰭幾乎完全消融。這一發(fā)現(xiàn)表明ZRS-Shh調(diào)節(jié)模塊由成對(duì)鰭和中間鰭共享，并且成對(duì)鰭可能是通過(guò)在莖線蟲中間鰭中建立的發(fā)育程序的共同選擇而出現(xiàn)的。shh功能隨后在胸鰭發(fā)育過(guò)程中隨著陰影增強(qiáng)劑的補(bǔ)充而增強(qiáng)，從而賦予了額外的強(qiáng)大作用。

（五）

Highly parallel genome variant engineering with CRISPR–Cas9

利用CRISPR-Cas9進(jìn)行高度平行基因組變異改造

了解DNA序列變異體的功能效應(yīng)對(duì)于基礎(chǔ)生物學(xué)、進(jìn)化和醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)的研究至關(guān)重要；然而，以高通量的方式測(cè)定這些影響是一個(gè)重大挑戰(zhàn)。一種有希望的方法是使用CRISPR-Cas9系統(tǒng)進(jìn)行精確編輯，該系統(tǒng)允許在與導(dǎo)向RNA ( gRNA )靶向序列匹配的基因組位點(diǎn)產(chǎn)生DNA雙鏈斷裂( DSBs )。最近的研究已經(jīng)使用CRISPR文庫(kù)通過(guò)非同源端連接( NHEJ ) 1錯(cuò)誤修復(fù)CRISPR定向斷裂來(lái)產(chǎn)生基因組范圍內(nèi)的許多移碼突變。在這里，研究人員開發(fā)了一種基于CRISPR文庫(kù)的方法，用于高效和精確的全基因組變異工程。研究人員使用該方法來(lái)檢測(cè)酵母中所有注釋的必需基因中不同位置的過(guò)早終止密碼子( PTCs )的功能后果。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)PTCs是高度有害的，除非它們發(fā)生在基因的3’末端附近，并且不影響注釋的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域。出乎意料的是，研究人員發(fā)現(xiàn)一些假定為必需的基因是可有可無(wú)的，而另一些基因則具有大的可有可無(wú)的區(qū)域。這種方法可用于以高通量的方式分析變體大類的影響。

（六）

Enhancer invasion shapes MYCN-dependent transcriptional amplification in neuroblastoma

增強(qiáng)子侵襲對(duì)神經(jīng)母細(xì)胞瘤MYCN依賴的轉(zhuǎn)錄擴(kuò)增的影響

癌基因轉(zhuǎn)錄因子MYCN基因位點(diǎn)的擴(kuò)增是高危神經(jīng)母細(xì)胞瘤的一個(gè)重要特征。本文介紹了神經(jīng)母細(xì)胞瘤中MYCN擾動(dòng)的第一個(gè)動(dòng)態(tài)染色質(zhì)和轉(zhuǎn)錄全景。在致癌水平上，MYCN在啟動(dòng)子處與E-boxes以親和依賴的方式結(jié)合，并侵入聚集在增強(qiáng)子處的大量較弱的非典型E-boxes。MYCN的缺失導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄的整體降低，這在具有最大增強(qiáng)子占用率的MYCN靶基因處最為顯著。這些高度占用的MYCN靶基因表現(xiàn)出組織特異性表達(dá)，并與較差的患者存活率相關(guān)。具有MYCN占據(jù)增強(qiáng)子的基因的活性依賴于組織特異性轉(zhuǎn)錄因TWIST1，該轉(zhuǎn)錄因子與MYCN共同占據(jù)增強(qiáng)子并且是MYCN依賴性增殖所必需的。這些數(shù)據(jù)表明，組織特異性增強(qiáng)子在定義通常高度腫瘤特異性的“MYC靶基因特征”和鑒定MYCN增強(qiáng)子調(diào)節(jié)軸的破壞方面是神經(jīng)母細(xì)胞瘤中具有希望的治療策略。

（七）

Multiancestry genome-wide association study of 520,000 subjects identifies 32 loci associated with stroke and stroke subtypes
520,000名受試者的多種群全基因組關(guān)聯(lián)研究鑒定了32種與中風(fēng)和中風(fēng)亞型相關(guān)的基因座
中風(fēng)有多種病因，但潛在的候選基因和基因通路在很大程度上是未知的。我們對(duì)521,612個(gè)個(gè)體（67,162例病例和454,450個(gè)對(duì)照）進(jìn)行了多種群全基因組關(guān)聯(lián)薈萃分析，發(fā)現(xiàn)了22個(gè)新的中風(fēng)風(fēng)險(xiǎn)基因座，使得中風(fēng)的風(fēng)險(xiǎn)基因座總數(shù)擴(kuò)大到32個(gè)。使用遺傳風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分和連鎖 - 不平衡評(píng)分回歸，我們進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)與其它相關(guān)血管特征共有的18個(gè)遺傳變異，包括血壓，心臟特征和靜脈血栓栓塞。其中幾個(gè)基因座表現(xiàn)出與不同病因性的卒中亞型相關(guān)聯(lián)和多效性模式。通過(guò)基于大量功能數(shù)據(jù)集的生物信息學(xué)分析完成風(fēng)險(xiǎn)變異和基因的優(yōu)先化確定的十一個(gè)新的易感性位點(diǎn)，提示了先前沒(méi)有涉及到的中風(fēng)病理生理學(xué)的機(jī)制。本研究使得可用作抗血栓治療藥物靶點(diǎn)的中風(fēng)風(fēng)險(xiǎn)位點(diǎn)明顯增加。

（八）

Transcriptome-wide association study of schizophrenia and chromatin activity yields mechanistic disease insights

染色質(zhì)活性和精神分裂癥的全轉(zhuǎn)錄組關(guān)聯(lián)研究提示疾病發(fā)生機(jī)制的新見解

全基因組關(guān)聯(lián)研究（GWAS）已經(jīng)確定了超過(guò)100個(gè)精神分裂癥的風(fēng)險(xiǎn)位點(diǎn)，但其參與發(fā)病的機(jī)制仍然大部分未知。通過(guò)將來(lái)自精神病基因組聯(lián)盟的79,845位精神分裂癥GWAS數(shù)據(jù)與來(lái)自3,693位對(duì)照個(gè)體的腦，血液和脂肪組織的表達(dá)數(shù)據(jù)整合在一起，我們進(jìn)行了轉(zhuǎn)錄組范圍的關(guān)聯(lián)研究（TWAS）。研究確定了157個(gè)TWAS水平顯著基因，其中35個(gè)不與已知的GWAS基因座重疊。在這157個(gè)基因中，有42個(gè)與獨(dú)立樣本中確定的特定染色質(zhì)特征有關(guān)，從而突出了后續(xù)這些基因座的潛在調(diào)控目標(biāo)。通過(guò)在斑馬魚中抑制一個(gè)鑒定的易感基因mapk3，結(jié)果顯示出對(duì)神經(jīng)發(fā)育表型的顯著影響。來(lái)自大腦的表達(dá)和剪接數(shù)據(jù)捕獲了所有基因的大部分TWAS效應(yīng)。這種靶基因，組織和調(diào)控特征相關(guān)的大規(guī)模關(guān)聯(lián)研究是向GWAS的機(jī)制理解邁出的重要一步。

（八）

Genome-wide analyses using UK Biobank data provide insights into the genetic architecture of osteoarthritis

基于英國(guó)生物庫(kù)數(shù)據(jù)的全基因組分析提供了對(duì)骨關(guān)節(jié)炎遺傳結(jié)構(gòu)的新見解

骨關(guān)節(jié)炎是一種常見的復(fù)雜疾病，造成巨大的公共衛(wèi)生負(fù)擔(dān)。本研究中，我們使用英國(guó)生物庫(kù)的1650萬(wàn)個(gè)變異數(shù)據(jù)進(jìn)行了骨關(guān)節(jié)炎的全基因組關(guān)聯(lián)研究。在對(duì)30,727個(gè)病例和297,191個(gè)對(duì)照進(jìn)行驗(yàn)證和薈萃分析之后，我們確定了9個(gè)新的骨關(guān)節(jié)炎基因座，其中最可能的致病變異是非編碼的。對(duì)于其中的三個(gè)基因座，我們檢測(cè)到了其與生物學(xué)相關(guān)的放射學(xué)表型的相關(guān)性；對(duì)于其中的五個(gè)基因座，我們發(fā)現(xiàn)其所在基因在退化患者和骨關(guān)節(jié)炎患者的完整關(guān)節(jié)軟骨中是存在差異表達(dá)的。最后，我們明確了較高體重指數(shù)可以促進(jìn)骨關(guān)節(jié)炎發(fā)生，但對(duì)甘油三酯水平或2型糖尿病的遺傳易感性沒(méi)有影響。

（九）

Refining the accuracy of validated target identification through coding variant fine-mapping in type 2 diabetes

編碼變異精細(xì)定位提高2型糖尿病目標(biāo)識(shí)別驗(yàn)證的準(zhǔn)確性

我們匯總了81412例2型糖尿病患者和370832例不同祖先的對(duì)照的編碼變異數(shù)據(jù)，確定了40個(gè)編碼變異關(guān)聯(lián)信號(hào)；其中16個(gè)位于已知風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)位點(diǎn)之外。本文提出兩個(gè)重要意見。首先，這些信號(hào)中只有5個(gè)是由低頻變異驅(qū)動(dòng)的:即使對(duì)于這些信號(hào)，效果大小也不大。其次，當(dāng)研究者使用大規(guī)模全基因組關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)對(duì)其區(qū)域背景下的關(guān)聯(lián)變體進(jìn)行精細(xì)定位時(shí)，考慮到編碼序列中復(fù)雜性狀關(guān)聯(lián)的全局豐富性，僅對(duì)16個(gè)信號(hào)獲得了編碼變體因果關(guān)系的有力證據(jù)。在另外13處，相關(guān)聯(lián)的編碼變體清楚地表示為“假線索”，具有產(chǎn)生錯(cuò)誤的推斷的可能性。編碼變體關(guān)聯(lián)為復(fù)雜疾病的生物學(xué)洞察和有效治療靶點(diǎn)的鑒定提供了直接途徑。

（十）

Expansions of intronic TTTCA and TTTTA repeats in benign adult familial myoclonic epilepsy

成人良性家族性肌陣攣性癲癇內(nèi)切TTTCA和TTTTA重復(fù)序列的擴(kuò)增

癲癇是一種常見的神經(jīng)系統(tǒng)疾病，編碼離子通道或神經(jīng)遞質(zhì)受體的基因突變是癲癇單基因形式的常見原因。本文報(bào)道了TTTCA和TTTTA重復(fù)序列在SAMD12內(nèi)含子4中的異常擴(kuò)增引起良性成人家族性肌陣攣性癲癇( BAFME )。BAC克隆的單分子實(shí)時(shí)測(cè)序和基因組DNA的納米孔測(cè)序鑒定了SAMD12中的兩種重復(fù)構(gòu)象。有趣的是，在兩個(gè)臨床診斷為BAFME的家族中，在SAMD12中沒(méi)有觀察到重復(fù)擴(kuò)增，本文在TNRC6A和RAPGEF2的內(nèi)含子中鑒定了TTTCA和TTTTA重復(fù)序列的類似擴(kuò)增，這表明相同重復(fù)基序的擴(kuò)增與BAFME的發(fā)病機(jī)制有關(guān)，而與擴(kuò)增重復(fù)序列所在的基因無(wú)關(guān)。非編碼重復(fù)序列的擴(kuò)增導(dǎo)致引起肌陣攣性震顫和癲癇的神經(jīng)元功能障礙的發(fā)現(xiàn)擴(kuò)展了對(duì)具有這種重復(fù)序列擴(kuò)增的疾病的理解。

（十一）

DNA methylation loss in late-replicating domains is linked to mitotic cell division

晚期復(fù)制區(qū)DNA甲基化丟失與有絲分裂細(xì)胞分裂有關(guān)

DNA甲基化丟失經(jīng)常發(fā)生在癌癥基因組中，主要發(fā)生在稱為部分甲基化結(jié)構(gòu)域( PMDs )的晚期復(fù)制區(qū)域中。本文使用全基因組亞硫酸氫鹽測(cè)序( WGBS )分析了39個(gè)不同的原發(fā)腫瘤和8個(gè)匹配的相鄰組織，并與343個(gè)另外的人和206個(gè)小鼠WGBS數(shù)據(jù)集一起對(duì)它們進(jìn)行了分析。本文鑒定了與PMDs相關(guān)的低甲基化區(qū)域，確定了幾乎所有健康組織類型中先前未檢測(cè)到的PMD低甲基化現(xiàn)象。PMD低甲基化隨著年齡的增長(zhǎng)而增加，從胎兒發(fā)育開始，并且似乎跟蹤細(xì)胞分裂的積累。在癌癥中，PMD低甲基化深度與體細(xì)胞突變密度和細(xì)胞周期基因表達(dá)相關(guān)，這與其有絲分裂作用一致，提示它作為有絲分裂時(shí)鐘的應(yīng)用。本文認(rèn)為晚期復(fù)制導(dǎo)致終身進(jìn)行性甲基化的丟失，這是細(xì)胞衰老的一個(gè)生物標(biāo)志，可能有助于腫瘤的發(fā)生。

（十二）

Heritability enrichment of specifically expressed genes identifies disease-relevant tissues and cell types

通過(guò)基因表達(dá)特異性的遺傳富集來(lái)鑒定疾病相關(guān)組織和細(xì)胞類型

本文介紹了一種通過(guò)分析基因表達(dá)數(shù)據(jù)和全基因組關(guān)聯(lián)研究( GWAS )匯總統(tǒng)計(jì)來(lái)識(shí)別疾病相關(guān)組織和細(xì)胞類型的方法。本方法使用分層連鎖不平衡( LD )評(píng)分回歸來(lái)測(cè)試疾病遺傳力是否在特定組織中具有最高特異性表達(dá)的基因周圍區(qū)域中富集。研究對(duì)來(lái)自多個(gè)來(lái)源的基因表達(dá)數(shù)據(jù)以及48種疾病和性狀的GWAS匯總統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)34種性狀存在顯著的組織特異性富集。在對(duì)多種組織的分析中，研究人員發(fā)現(xiàn)了廣泛的富集物，這些富集物概括了已知的生物學(xué)。在腦特異性分析中，顯著的富集包括對(duì)雙相情感障礙的興奮性神經(jīng)元的抑制富集，以及對(duì)精神分裂癥和體重指數(shù)的抑制性神經(jīng)元的興奮富集。本研究結(jié)果表明，該技術(shù)是利用基因表達(dá)數(shù)據(jù)解釋GWAS信號(hào)的一種有效方法。