靶向捕獲測序應用于多基因遺傳病銀屑病的致病基因鑒定
銀屑病，俗稱干癬，是一種常見的具有特征性皮損的慢性易于復發(fā)的炎癥性皮膚病，被認為是是遺傳因素與環(huán)境因素等多種因素相互作用的多基因遺傳病。
在以往對多基因遺傳病的發(fā)病機理探索中，研究者們通過正常與疾病對照樣本的基于SNP芯片的全基因組GWAS實驗，尋找到了兩組個體中多態(tài)性與該遺傳病相關性。然而許多疾病的發(fā)病又是后天的，如糖尿病與飲食即后天的生活環(huán)境有很大的關聯(lián)，這類復雜的疾病遺傳機制很難通過基于SNP芯片的GWAS找到全部決定性的遺傳變異。隨著二代測序技術以及序列富集技術的改進，人們將解決這個問題的注意力轉向了與疾病相關的基因編碼區(qū)域。
全基因組外顯子測序是利用序列捕獲技術將全基因組外顯子區(qū)域 DNA 捕捉并富集后進行高通量測序的基因組分析方法。由于其具有對常見和罕見變異高靈敏度, 能發(fā)現(xiàn)外顯子區(qū)絕大部分疾病相關變異以及僅需要對約 1%的基因組進行測序等優(yōu)點, 促使全基因組外顯子測序和基于其發(fā)展起來的靶向捕獲技術成為鑒定孟德爾疾病的致病基因最有效的策略, 也被運用于復雜疾病易感基因的研究和臨床研究中。
近期，以安徽醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院牽頭的，多個研究機構參與的一個銀屑病項目共同在Nature Genetics上發(fā)表了一篇文章1，結合了外顯子組和靶向區(qū)域捕獲和二代測序技術，為銀屑病這種多基因遺傳病的機理研究提供了一條新的技術路線 (見右圖)。
為了檢測功能編碼區(qū)突變對銀屑病遺傳易感性的影響，中國的研究人員對兩個完全獨立的實驗群體（共包含21,309個個體，均來自漢族人群）進行了一次大范圍的功能區(qū)突變位點的測序和分析，并發(fā)現(xiàn)了6個與該疾病相關基因及多個可能引起致病的突變。
實驗前期，研究人員用NimbleGen全外顯子組捕獲技術從781名銀屑病患者和676名正常個體DNA樣本中捕獲了所有基因的外顯子區(qū)域，通過測序分析和單突變關聯(lián)分析共檢測到133個與銀屑病遺傳易感性顯著關聯(lián)的非同義突變SNVs以及742個可能與致病相關的基因。但Bonferroni校正結果表明，這742個基因在全基因組水平都不具有顯著性。
考慮到樣本大小對以上實驗結果的影響，研究人員利用靶向捕獲測序技術在9,946個銀屑病患者和9,906個正常個體中對以上突變位點和致病基因進行了進一步篩選和驗證。他們用NimbleGen序列捕獲定制芯片對包含了1,326個基因（這些基因覆蓋了133個非同義突變SNVs，742個可能的致病基因以及622個已被GWAS檢測為免疫疾病相關基因）的外顯子區(qū)域進行富集之后，再次進行深度測序。
綜合兩個實驗群體的10,727個病例和10,582個對照的622個免疫疾病相關基因的非同義突變SNVs的單突變關聯(lián)分析結果，研究人員發(fā)現(xiàn)了6個可能的銀屑病致病基因，分別是：IL23R、LCE3D、ERAP、GJB2、ZNF816A和FUT2 。
綜合以上實驗結果，研究人員表示，通過靶向富集深度測序在前期GWAS研究的易感基因上在后續(xù)群體的驗證中獲得了更多的陽性結果；對于遺傳性疾病，尤其是多基因遺傳疾病的致病機理研究，這條嶄新的技術研究路線即全外顯子組和靶向區(qū)域富集的小范圍研究，在不會產(chǎn)生大量測序費用的同時可加深測序深度，集中在功能基因的編碼區(qū)域尋找與疾病相關的突變位點，使對之前基于SNP芯片的GWAS研究形成一個強有力的補充，同時為未來臨床診斷提供更多地生物標記。
1. A large-scale screen for coding variants predisposing topsoriasis. Nature Genetics.2014 Jan. DOI:10.1038/ng.2827
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