唐氏综合症外周血表达谱分析和21号染色体DNA甲基化谱分析

【摘要】唐氏综合症又称21三体综合症,其是患者体细胞内多出一条完整,有时是部分21号染色体(Hsa21)所致。唐氏综合症的发病率介于1/650-1,000,是最常见的常染色体异常疾病。患者临床表型超过80种,而且各个表型在发生频率和严重程度上都存在着差异。认知缺陷和先天性心脏病是其典型特征,已被广泛研究。在唐氏综合症的研究中,人们发现唐氏患者的某些神经学临床症状的发生具有年龄特异性,如Alzheimer在唐氏儿童时期不发生,而40岁之后几乎所有唐氏患者都会得该病。这些发现提示Hsa21三体基因可能在唐氏发育中受时间的调控,而且这种调控通过直接或间接的效应并扩大到二倍体基因,从而影响到不同发育时期的唐氏表型。研究不同时期的唐氏组织表达特征将有助于更全面认识导致唐氏表型的分子机制,然而,由于很难获得足够的唐氏以及对照的组织样本,对于唐氏不同发育时期基因组表达特征的研究还很有限。外周血细胞因其易获得性,已广泛应用基因表达谱研究中；而且唐氏患者临床表现出多个血细胞相关的表型,如白血病发病率高、外周血淋巴细胞数减少、容易反复受细菌和病毒的感染等。因此,本研究收集两个不同时期(儿童期和新生儿期)唐氏和与之年龄匹配的对照外周血样,分别为儿童组和新生儿组,运用外显子芯片技术,研究两个年龄组中,唐氏与对照的基因表达差异,分析差异表达基因的功能。表达谱分析的结果表明,在唐氏新生儿中,有174个基因异常表达,包括8个Hsa21基因；而唐氏儿童中,共有383个基因异常表达,其中56个Hsa21基因。两组差异表达基因中,只有22个共有基因,这表明在不同发育期唐氏患者表达是动态变化的。差异表达基因的功能分析发现在唐氏新生儿和儿童时期分别有2个和4个KEGG通路受到显著异常调控。这些通路包括leukocytetrans-endothelialmigration,Bcellreceptorsignalingpathwayandprimaryimmunodeficiency,它们的异常提示唐氏患者免疫系统存在着异常。本研究从时间的角度阐释了两个发育时期唐氏的表达谱特征,并指出了与唐氏免疫缺陷相关的候选基因和分子通路。此外,利用外显子芯片,本研究还分析了两个年龄组中,唐氏患者与对照的mRNA选择性剪接差异。在唐氏新生儿和儿童中,分别有104个(4个Hsa21)和299个(包括13个Hsa21)基因剪接异常,但两个时期未发现相同的异常剪接基因。这些异常剪接基因中,绝大部分(>90%)剪接发生在基因内部的编码区,剪接的形式又以外显子的剪掉为主。这些基因异常剪接可能引起其编码蛋白结构甚至功能的异常,进而在唐氏表型的形成中发挥作用。唐氏外周血表达谱分析结果表明,仅有部分Hsa21基因在唐氏个体中异常表达,而相当一部分基因表达并未改变,一些研究者把其归因于基因剂量补偿效应。一种观点认为,唐氏患者Hsa21基因promoter区CpG岛的异常甲基化导致了部分21三体基因正常表达,然而,相关的研究还未见报道。因此,本研究设计并合成了Hsa21tillingarray芯片,利用免疫共沉淀技术(immunoprecipitation,IP),富集甲基化DNA片段,并结合芯片杂交,获得唐氏外周血淋巴细胞Hsa21DNA甲基化谱。分析结果表明,唐氏淋巴细胞中只有一个CpG岛是异常甲基化的,与对照相比,唐氏细胞Hsa21基因CpG岛的甲基化并未异常改变。唐氏和对照promoter区CpG岛都是低甲基化的,因此,本研究认为,唐氏细胞中表达没有变化Hsa21基因与CpG岛的甲基化并无关系。
【作者】李冲；
【导师】赵国屏；王升跃；
【作者基本信息】复旦大学，微生物学，2012，博士
【关键词】唐氏综合症；21染色体；外显子芯片；基因表达谱；免疫缺陷；免疫沉淀；甲基化谱；

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