作者：Blake

近年來，隨著測序技術(shù)的飛速發(fā)展，多組學(xué)分析技術(shù)在疾病的診斷中應(yīng)用越來越廣泛。然而，在罕見遺傳病的檢測中依然有諸多限制。近日，來自哥倫比亞大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種等位基因表達失衡分析技術(shù)，能夠通過分析兩個等位基因的表達失衡來診斷罕見疾病。通過聯(lián)合其它技術(shù)，其將在罕見遺傳病的診斷和機理研究中發(fā)揮重要作用。

目前，可通過對人類外顯子組和基因組參考數(shù)據(jù)庫的分析來鑒別人類基因組變異。這些分析可發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致孟德爾遺傳病的編碼區(qū)突變，并可為25-50%的患者提供基因診斷。然而，由于很難鑒定一些罕見的調(diào)節(jié)基因以及其下游靶基因，對DNA測序數(shù)據(jù)的分析并不能解釋非編碼區(qū)突變引起的罕見病。

整合基因組和轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)可以更好地對罕見變異的影響進行診斷。但是，由于這些轉(zhuǎn)錄組受到復(fù)雜因素如環(huán)境、疾病狀態(tài)、測序技術(shù)的影響，這種分析往往非常耗時耗力。因此，大部分分析僅限于一小部分很明顯的突變，比如完全不表達和剪接缺陷，卻很難量化某一突變是否超出了正常范圍。

哥倫比亞大學(xué)的研究人員開發(fā)的這種等位基因表達失衡分析方法，能夠通過分析兩個等位基因的表達失衡來診斷罕見疾病，該研究發(fā)表在近日的《Science》上。該方法可定量判斷一個人的基因表達是否處于正常水平，尤其是可以檢測罕見調(diào)節(jié)元件變異引起的基因表達失衡。

等位基因特異性表達(allelic expression,AE)，即等位基因失衡，可用于對孟德爾遺傳病的鑒定和診斷，即通過對源來自父本和母本的等位基因的表達水平差異分析，檢測罕見遺傳病患者正常范圍之外的基因。罕見遺傳病的變異基因通常由單等位基因表達異常表達導(dǎo)致。對于等位基因失衡導(dǎo)致的表型變異，環(huán)境和技術(shù)因素影響很小，遺傳因素作用占85%，因此對順式作用元件的檢測具有更高的敏感度。

在該研究中，Pejman Mohammad博士及其小組成員開發(fā)了一種等位基因表達失衡分析方法——ANEVA（表達變異分析, analysis of expression variation），并基于此開發(fā)了ANEVA-DOT方法。該方法基于轉(zhuǎn)錄組測序及組織特異性基因表達GTEx數(shù)據(jù)庫，可有效提高罕見基因變異檢測效率。

為了測試ANEVA-DOT方法的效果，研究人員將ANEVA-DOT方法在70名孟德爾肌肉疾病(Men-delian muscle dystrophy and myopathy,MDM)患者的等位基因特異性表達數(shù)據(jù)上進行了測試。結(jié)果表明，ANEVA-DOT技術(shù)成功的檢測出了已確診患者的表達失衡的致病基因，在許多未確診的患者中，ANEVA-DOT技術(shù)發(fā)現(xiàn)了多個肌肉疾病相關(guān)的基因，其中一個后來被證實是一個致病基因。

ANEVA-DOT是一個快速發(fā)現(xiàn)罕見遺傳病致病基因的強大工具，可從少量臨床樣本中得出結(jié)果，由于ANEVA-DOT可通過轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)中得到結(jié)果，而不必檢測引起下游基因表達變化的罕見調(diào)節(jié)元件變異，因而ANEVA-DOT技術(shù)在未知調(diào)節(jié)元件變異引起的遺傳病檢測中具有獨特的優(yōu)勢。結(jié)合GTEx中的參考數(shù)據(jù)，ANEVA-DOT可以應(yīng)用于臨床上罕見疾病的診斷。

ANEVA-DOT也有一些限制性，比如只適用于具有asSNP的患者的大約一半的表達基因上。因此，正如其它的基因診斷技術(shù)，ANEVA-DOT也需要聯(lián)合其它技術(shù)來鑒定引起遺傳病的罕見基因變異。

目前，該研究團隊正與多家醫(yī)院合作，并將ANEVA-DOT應(yīng)用于多種罕見疾病中，如神經(jīng)系統(tǒng)疾病、肌肉疾病，這些研究將進一步完善該方法。相信在以后的臨床遺傳學(xué)中，對轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的分析將成為鑒定疾病相關(guān)基因變異的有力工具。

參考文獻：

[1] Pejman Mohammadi et al, Genetic regulatory variation in populations informs transcriptome analysis in rare disease, Science (2019).

DOI: 10.1126/science.aay0256