約翰霍普金斯大學(xué)的研究人員通過(guò)解析一種罕見(jiàn)復(fù)雜的多基因疾?。?/span>Hirschsprung癥，發(fā)現(xiàn)了更深層次的遺傳機(jī)制，即這種疾病的患者是由于體內(nèi)某個(gè)特殊基因的基因調(diào)控序列發(fā)生了多個(gè)突變，也就是說(shuō)這些突變破壞了整個(gè)基因網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同功能。

這一研究成果公布在9月29日Cell雜志在線版上。領(lǐng)導(dǎo)這一研究的是約翰霍普金斯大學(xué)McKusick-Nathans遺傳醫(yī)學(xué)研究所教授Aravinda Chakravarti，他開(kāi)創(chuàng)了所謂多基因復(fù)雜疾病研究的先河。

Chakravarti表示，“我們認(rèn)為基因都是各過(guò)各的，但實(shí)際上它們不可能是單獨(dú)存活。相反大家族中多個(gè)基因與調(diào)控元件都生活在同一條染色體上，不斷的發(fā)生相互作用，每一個(gè)都有其自己的工作，但是都需要協(xié)同作用，完成一項(xiàng)基因功能，如果其中一個(gè)受到干擾，其它的也無(wú)法置身事外。”

Chakravarti很早就開(kāi)始研究Hirschsprung癥，這是一種先天性的紊亂，由于部分結(jié)腸缺乏神經(jīng)細(xì)胞，因此無(wú)法放松，導(dǎo)致的結(jié)果就慢性便秘，腹部膨脹，在美國(guó)每5000個(gè)新生兒中就有一個(gè)受這種紊亂影響，但可以通過(guò)外科手術(shù)來(lái)治療。雖然這種疾病有復(fù)雜的遺傳成因，但它只有一個(gè)器官：結(jié)腸出現(xiàn)癥狀，因此是研究復(fù)雜遺傳疾病的優(yōu)秀模型。

在2002年和2015年，Chakravarti研究組分別通過(guò)全基因組關(guān)聯(lián)研究 (GWAS) ，找到了與這一疾病相關(guān)的遺傳突變，進(jìn)一步的研究還確定了RET基因及其調(diào)控元件的重要影響——幾乎每位Hirschsprung癥患者都至少有一個(gè)RET相關(guān)突變。但是由于許多非Hirschsprung癥患者也有這個(gè)突變，因此病理原因仍然是一個(gè)謎。

研究組成員決定試試分析 RET 基因附近特殊區(qū)域中的遺傳代碼SNP，這些所謂的基因增強(qiáng)子就像是開(kāi)關(guān)，能通過(guò)結(jié)合合適的定位蛋白（轉(zhuǎn)錄因子），開(kāi)啟或關(guān)閉基因活性。

之后研究人員將RET基因換成了一個(gè)報(bào)告基因，在人類神經(jīng)細(xì)胞系中進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)只有三個(gè)SNPs在不同的增強(qiáng)子作用下，才能弱化增強(qiáng)子上結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子的作用，減少基因活性。

研究人員檢驗(yàn)了這三個(gè)SNPs的不同組合，結(jié)果表明雖然沒(méi)有一個(gè)增強(qiáng)子能直接相互作用，但他們總結(jié)出了一個(gè)趨勢(shì)：越多增強(qiáng)子受到影響，報(bào)告基因活性就越低。在這之后，研究人員又將實(shí)驗(yàn)擴(kuò)展到了346位Hirschsprung癥患者，和732位健康對(duì)照，從而確定了這一規(guī)律。出現(xiàn)這三個(gè)SNPs的人群具有Hirschsprung癥四倍的患病風(fēng)險(xiǎn)。

進(jìn)一步的小鼠實(shí)驗(yàn)中，研究人員發(fā)現(xiàn)這三個(gè)增強(qiáng)子是在發(fā)育胚胎腸道的不同發(fā)育時(shí)期發(fā)揮作用的，他們也找到了與其結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子。由此研究人員在小鼠中剔除了RET基因，檢測(cè)其“基因家族”如何做出回應(yīng)。結(jié)果三個(gè)與增強(qiáng)子結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子中有兩個(gè)，在RET被沉默后活性降低，但在細(xì)胞表面與RET共同作用的蛋白，以及與RET結(jié)合的信號(hào)分子活性增加了，這些來(lái)自人體細(xì)胞的數(shù)據(jù)也表明降低轉(zhuǎn)錄因子的水平會(huì)減少RET的表達(dá)水平。

文章的第一作者Sumantra Chatterjee博士指出，“這一發(fā)現(xiàn)有助于解釋RET相關(guān)的突變?yōu)楹问?span lang="EN-US">Hirschsprung癥的必需非充要條件。”

Chakravarti說(shuō)，“我們證明了這些基因彼此關(guān)系密切，這不是因?yàn)樗鼈冃蛄谢蚧蚪M位置相似，而是因?yàn)樗鼈児餐饔?，?zhí)行一項(xiàng)功能。”