《Cell | 首次建立串联重复扩增的大规模遗传图谱》

  • 来源专题:战略生物资源
  • 编译者: 李康音
  • 发布时间:2024-04-10
  • 2024年4月5日,美国加州大学(尔湾)研究助理教授崔亚和讲席教授李蔚实验室在Cell杂志上发表题为A genome-wide spectrum of tandem repeat expansions in 338,963 humans的文章,该研究全面分析了33.9万人类全基因组测序数据,建立了第一个Biobank级别的人类多种族串联重复序列扩张遗传变异谱TR-gnomAD,促进TR expansions在人类遗传疾病中的研究。

    在这项研究中,崔亚/李蔚团队对338963个人类全基因组测序数据的串联重复序列扩张进行了分析,绘制了86万TR在大规模人群中的遗传扩张变异谱(图1)。值得一提的是,该研究包含欧洲、非洲、西班牙裔、东亚和南亚等主要人群,其中39.5%(13万)为非欧洲人群数据。同时,该研究还包含13个子人群的全基因组数据,如中国、印度、爱沙尼亚、巴基斯坦、爱尔兰、古巴和中东及北非等人群。与该TR扩张变异谱进行比较,研究人员、临床医生和遗传咨询师可以容易的获得病人基因组中,与人群相比,异常或稀有的TR扩张(Outlier)。这些异常或稀有的TR扩张,可能是导致疾病发生的遗传致病因素。

    在该研究中,崔亚/李蔚团队首次定义了TR差异分数(TR disparity score, TRDS)来量化不同人群TR重复数目频率分布的差异。有意思的是,作者还发现不同种族TR重复数目频率分布,可用于解释TR遗传疾病在不同种族中患病率的差异。比如,强直性肌营养不良1型(myotonic dystrophy type 1,DM1)在欧洲血统的人群中的患病率高于非洲人群。,以及弗里德赖希隐性遗传运动失调症(Friedreich's ataxia, FRDA)在欧洲血统的人群中的患病率高于东亚人群。另外,使用该TR扩张变异谱作为对照,结合疾病队列进行TR-GWAS分析,可以发现致病的TR异常扩张。

    人群遗传变异谱对人类遗传疾病的研究是至关重要的。多年来,人群SNVs谱和SVs谱极大的促进了科学家对人类遗传疾病的了解和研究。该研究提供了第一个Biobank级别的人类串联重复序列扩张谱遗传变异谱TR-gnomAD,可以预见,TR-gnomAD将极大的促进了TR在人类遗传疾病的研究,为患有遗传疾病的家庭获得遗传诊断和治疗带来新的希望。

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    • 编译者:李康音
    • 发布时间:2024-06-29
    • 2024年6月26日,武汉大学医学研究院、中南医院医学研究院、教育部免疫与代谢前沿科学中心、泰康生命医学中心殷昊教授课题组在Cell期刊发表题为Amplification editing enables efficient and precise duplication of DNA from short sequence to megabase and chromosomal scale的研究性论文。该研究研发了一种名为Amplification Editing(AE)的方法,以可编程的方式精确高效地复制从小片段到包含特定染色体大部分区域的基因组序列,是一种高效精确的基因组结构编辑工具,将精准复制的范围从单个基因位点扩展到染色体层面。 首先,研究人员在11个细胞系的多个位点进行了验证。在AE复制长度和效率方面,当复制的DNA长度为20 bp至8 Kb时,AE可进行多次复制,形成串联重复序列。当复制长度为1 Mb时,AE的编辑效率最高达73.0%;复制长度为100 Mb(接近染色体的平均长度)时,效率达到3.4%。通过原位荧光杂交、核型分析、全基因组测序等实验,可以直接观察到染色体区域的复制。在AE编辑的精准度方面,连接处的二代测序和全长的三代测序数据显示,indels均低于1%。其次,研究人员利用AE精准修正了绿色荧光蛋白序列和实现miRNA的内源性过表达。同时,在髓性白血病细胞系K562中建立的α地中海贫血模型,并测试了AE的效果,实现了HBA基因的mRNA水平的提高和 α/γ-珠蛋白比例的上升。这些结果表明AE能够恢复基因表达、扩增miRNA并增加模型细胞系中的α-珠蛋白的表达。 接下来,AE在人源和鼠源干细胞的多个位点均实现了高效精准的短片段和Mb级别编辑,模拟了染色体微重复疾病的基因型,并使用全基因组测序验证了编辑的精准性。这表明AE能够精准构建超大片段复制相关的疾病模型。最后,该研究对AE的机制进行了初步探究。在被抑制细胞周期的RPE-1细胞中,AE的效率降低。在小鼠原代神经元中,AE只可实现短片段的复制。这说明AE在Mb级别的复制依赖于细胞周期。 综上所述,该研究开发了一种名为“Amplification Editing(AE)”的基因组编辑工具,可实现从短片段到染色体长度的精准复制。该工具的开发可促进基因组疾病模型的建立,推动基因进化和癌症机制相关的研究。
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    • 编译者:yanyf@mail.las.ac.cn
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