应用遗传基因组学手段初步构建阿尔茨海默病相关基因表达调控网络

发布时间：2020-09-17 10:20

　　阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease, AD)是21世纪严重威胁人类健康的重大疾病之一,其发病机理及防治仍为世界性的难题。为能够从整体把握AD发病的分子机制,本实验通过生物信息学分析收集已报道的AD发病相关基因,应用基因表达数量性状基因座(expression quantitative trait loci, eQTL)定位分析的方法对所收集的AD候选基因进行全基因组水平的基因表达数量性状基因座定位分析(http://www.genenetwork.org)。选择BXD重组近交系(Recombinant Inbred,RI)小鼠海马组织进行基因芯片实验,借助Affymetrix Mouse Expression 430 2.0 Arrays (MOE430V2)获取67个BXD RI品系的小鼠海马组织基因表达资料,筛选出在海马组织中特异性表达的基因。联合基因芯片资料和eQTL定位分析方法对AD候选基因进行遗传基因组学的初步研究。分析发现,所收集的AD候选基因中有64个基因的eQTL为顺式作用eQTL(cis-eQTL), 66个AD相关基因的eQTL为反式作用eQTL(trans-eQTL)。鉴于cis-eQTL能直接提供候选基因的信息,即cis-eQTL的候选基因为基因自身,我们首先着手分析cis-eQTL,为排除假阳性cis-eQTL对后续研究的干扰,本实验探讨了探针靶序列多态性对cis-eQTL检测的影响,以Rtn4基因(reticulon 4,Rtn4)为例,说明探针靶序列中SNP对cis-eQTL检测的干扰;以Gsto1基因(glutathione S-transferase omega 1,Gsto1)为例介绍等位基因特异性表达(alleleic specific expression,ASE)分析在cis-eQTL验证中的应用。本实验为进行AD发病相关基因遗传基因组学的深入研究提供了大量的实验数据和可靠的分析模型,为从分子水平系统揭示AD绝大多数基因表达及基因表达调控的网络通路的研究提供实验基础。大量研究证实了β-淀粉样蛋白前体(amyloid precursor protein,APP)的异常加工在阿尔茨海默病发生发展过程中的重要作用。目前有关APP基因遗传调控网络的研究还很少,本实验运用遗传基因组学的研究手段,即基因表达数量性状基因座定位的方法对APP基因的表达变异及表达调控进行研究,考查APP基因在BXD重组近交系小鼠及两亲本(C57BL/6J和DBA/2J)海马组织中的表达变化,发现APP基因在亲本DBA/2J中的表达量明显大于亲本C57BL/6J中的表达量(P 0.001)。通过实时荧光定量RT-PCR的方法验证了两亲本间的表达差异。通过全基因组区间作图的方法,定位APP基因的上游调控位点,发现其自身所在基因组位置上存在一个LRS = 19.0 (P 0.05)的eQTL。APP基因启动子区域的序列多态性分析显示,在启动子区域共有2个插入/缺失(insertion/deletion,I/D)和4个SNPs,其中一个SNP位于pax2基序。Cluster Map在线分析工具检索BXD RI小鼠海马组织基因组中受APP反式调节的基因,组织相关度分析排除连锁不平衡对下游基因定位的影响,筛选出6个与APP基因显著相关的下游基因(P 0.05),其中Nrd1基因与神经系统发育密切相关。皮尔森相关系数法分析APP基因与基因组中其它基因的遗传相关度,发现APP基因与多个AD候选基因间存在较高的遗传相关度,如Gsk3b、Falz、Mef2a、Tlk2、Rtn、Prkca、Rebbp等基因。这提示我们与APP基因高度相关的基因中很可能有人们尚未认识到的与AD发病相关的基因。
【学位单位】：南通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2009
【中图分类】：R749.16
【部分图文】：

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图 1 BXD 基因重组纯系小鼠制备示意图用于海马组织基因芯片实验的 BXD RI 小鼠的基本信息系的 BXD RI 小鼠用于海马组织基因表达资料的收集，其中有 27 个品室，由 Benjamin Taylor 历经 20 多年的时间培育而成（BXD1～BXD40 100 代以上近交纯化；田纳西州大学培育的 37 个品系（BXD43～BXD的小鼠经 20 代以上近交，14 个品系经 14～20 代近交。小鼠由美国田纳和 Jackson 实验室提供（表 1）。主要实验试剂e-free 水（Nuclease-free Water）:Ambion，室温保存；Later 样品储存液:Ambion，室温保存；e-free 湿巾（Rnase Zap Wipes）：Ambion，室温保存；STAT-60TM：Tel-Test ‘B’Inc, 4－8℃，避光保存；

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究生论文第一部分图 1 BXD 基因重组纯系小鼠制备示意图2．2 用于海马组织基因芯片实验的 BXD RI 小鼠的基本信息67 个品系的 BXD RI 小鼠用于海马组织基因表达资料的收集，其中有 27 个品系来自Jackson 实验室，由 Benjamin Taylor 历经 20 多年的时间培育而成（BXD1～BXD40），其中绝大多数经 100 代以上近交纯化；田纳西州大学培育的 37 个品系（BXD43～BXD100）中有 25 个品系的小鼠经 20 代以上近交，14 个品系经 14～20 代近交。小鼠由美国田纳西州大学医学中心和 Jackson 实验室提供（表 1）。2．3 主要实验试剂(1) RNase-free 水（Nuclease-free Water）:Ambion，室温保存；(2) RNALater 样品储存液:Ambion，室温保存；(3) RNase-free 湿巾（Rnase Zap Wipes）：Ambion，室温保存；(4) RNASTAT-60TM：Tel-Test ‘B’Inc, 4－8℃

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究生论文第eQTL 的候选基因为基因自身，我们首先着手分析 cis-eQTL，表 4用 eQTL 的AD 相关基因：平均表达量大于 7，LRS > 15, eQTL Bu在位置距离基因自身所在基因组位置 5Mb 以内）。

【参考文献】