基于下一代测序技术对痛风患者线粒体基因组分析

发稿时间：2018-08-29来源：天昊生物

 

 

 

题目：基于下一代测序技术对痛风患者线粒体基因组分析

发表期刊：Arthritis Research & Therapy 

发表时间：2018-7-6 影响因子：4.269

 

背景

越来越多的证据表明，线粒体DNA(mtDNA)等位基因独立于核基因组，并且与疾病特别是是人类代谢疾病密切相关。然而，这一领域的研究与核等位基因的疾病方面相比仍落后很多，例如痛风等。

 

研究方法

Illumina Hiseq和Ion Proton平台的线粒体基因组测序

 

研究内容及结果

本研究利用下一代测序技术，对52名痛风男性患者和104名数据库中的非痛风样本对照的mtDNA等位基因和表型变异之间的关系进行研究，鉴定了与参考序列(GRCh38)之间的差异。序列核关联检验(SKAT)用于鉴定线粒体基因中痛风关联等位基因。综合运用基因分型、SIFT及预测病理突变(PMUT)、人类线粒体基因组数据库(mtDB)、多重比对(MAFFT)和哺乳动物线粒体tRNA基因(Mamit-tRNA)分析评估等位基因的致病性，并利用qPCR SNPs对潜在致病等位基因进行了验证。

 

 

 

图1、测序数据分析工作流的示意图。在与参考序列(GRCh38)进行比对后，记录痛风患者和非痛风对照中与参考序列(GRCh38)不同的822个等位基因(包括：蛋白质编码基因中的376个同义等位基因和160个非同义等位基因，tRNA基因中的52个等位基因，核糖体RNA ( rRNA )基因中的61个等位基因，以及非编码区中的173个等位基因)。步骤1：痛风患者和非痛风对照等位基因富集通过卡方检验/Fisher精确检验来鉴定。步骤2：计算基因负荷比，以将等位基因表征为正相关等位基因或负相关等位基因，用于序列核心关联检验(SKAT)分析。步骤3：从SKAT分析中获得了8个与痛风相关的基因，针对蛋白质编码基因中的等位基因进行Polyphen、SIFT和PMUT分析，针对tRNA基因中的等位基因进行mtDB、MAFFT和Mamit-tRNA)分析。步骤4：进一步验证所选等位基因的基因分型结果。步骤5：在功能注释后，选择蛋白质编码基因中的四个等位基因和tRNA基因中的四个等位基因进行基因型-表型关联。

 

 

表1、在痛风患者与非痛风对照中观察到的等位基因统计情况

 

 

 

 

图2、痛风患者tRNA基因中与线粒体正相关的等位基因。在痛风相关tRNA基因的所有阳性关联等位基因中，四个等位基因(m.5628 T > C，m.5783G > A，m.5814 T > C和m.15894G > A)破坏了碱基配对原则，被认为是潜在的致病等位基因。核苷酸之间的三级相互作用用虚线表示。箭头指示tRNA突变的位置。红色为潜在致病等位基因，绿色为非致病等位基因。

 

表2、SKAT分析鉴定的MT-CO3中正相关的等位基因

 

 

 

 

 

图3、用qPCR SNPs方法对m.5628 T > C 和m.9957 T > C的验证结果。

 

研究结论

本研究在痛风患者中鉴定了456个等位基因，在非痛风对照中鉴定了640个等位基因，两者共有274个等位基因。线粒体基因与痛风相关的基因中，MT-CO3、MT-TA、MT-TC和MT-TT含有可能致病的痛风相关等位基因，验证试验也证实了选定的等位基因的测序结果。通过基因型-表型关联发现，MT-CO3潜在致病等位基因与高密度脂蛋白(HDL)水平相关。

 

本研究提供了与痛风相关的最详细的线粒体基因组图谱结果。本研究结果证实了线粒体基因差异在痛风和高密度脂蛋白中的作用，这一实验设计框架为其他涉及线粒体功能障碍的疾病研究提供参考。

 

 

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