利用一種新方法，Whitehead研究所的研究人員確定了，在全基因組關(guān)聯(lián)研究(GWAS)中鑒別出的一種非編碼突變是如何促成散發(fā)性帕金森病(PD)的。這種方法可用于為其他有遺傳性病因的散發(fā)性疾病，如多發(fā)性硬化癥、糖尿病和癌癥分析GWAS結(jié)果。

Whitehead研究所創(chuàng)始成員、麻省理工學(xué)院（MIT）生物學(xué)教授Rudolf Jaenisch說：“這真的是第一次我們從GWAS突顯的風(fēng)險變異，走向從機制及分子水平上了解一種突變導(dǎo)致罹患疾病風(fēng)險的機制。”

大約90%的帕金森病是散發(fā)性的；它是由環(huán)境因素和常見遺傳風(fēng)險因子之間復(fù)雜的相互作用所引起。由于科學(xué)家們難以分析這些互作，大多數(shù)研究將焦點放在罕見的家族性帕金森病上。GWAS是鑒別提高某種特定疾病患病風(fēng)險的常見突變的一種方法。一直以來GWAS被用于研究散發(fā)性帕金森病和其他的一些復(fù)雜疾病，但只取得有限的成功。

GWAS類似于有著成百上千X的基因組藏寶圖，X標(biāo)記出特定條件下可能是風(fēng)險因子的突變的大概位置。然而，GWAS不能揭示潛在致病突變的具體位置，也不能指出基因組圖譜上的一個X對疾病的貢獻(xiàn)。例如，在散發(fā)性帕金森病中，多重GWAS指出α-synuclein基因(SNCA)是患者基因組中最強的風(fēng)險位點之一，然而GWAS包含的散發(fā)性帕金森病患者中這一基因失調(diào)機制的信息非常有限。

為了了解攜帶SNCA的同一條染色體上的遠(yuǎn)端基因調(diào)控元件，是否可以影響α-synuclein的細(xì)胞水平，由Jaenisch實驗室資深研究員Frank Soldner領(lǐng)導(dǎo)的一個研究小組，調(diào)查了定位在一個假定SNCA增強子中的、兩個GWAS標(biāo)記的風(fēng)險變異。他們的結(jié)果在線描述在本周的《自然》（Nature）雜志上。

該研究小組利用了CRISPR/Cas9將一些突變編入到同基因型人類多能干細(xì)胞中。通過改變一條染色體上的這一遺傳變異，留下了另一條染色體保持不變，充當(dāng)內(nèi)部對照。這種方法使得科學(xué)家們能夠以高信度檢測非常微細(xì)的效應(yīng)，同時消除掉任何遺傳或表觀遺傳修飾，及在試驗過程中發(fā)生的細(xì)胞培養(yǎng)相關(guān)變異導(dǎo)致的效應(yīng)。

Soldner說：“我們的方法解決了GWAS一個重要的缺點——利用GWAS生成的關(guān)聯(lián)，你無法區(qū)分基因組中非常靠近的兩種變異之間的效應(yīng)。這樣的物理接近意味著，當(dāng)遺傳時它們總是共分離，這就是我們必須獨立地改變和分析每個變異，同時維持基因組其他部分完全不變的原因。”

在將這些細(xì)胞分化為神經(jīng)元后，科學(xué)家們注意到SNCA表達(dá)發(fā)生了改變。盡管一個突變不產(chǎn)生影響，另一個將核苷酸從A轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>G的突變輕微但顯著地提高了α-synuclein生成。根據(jù)Soldner所說，當(dāng)與家族性帕金森病中增加的α-synuclein生成進(jìn)行比較時，A-G突變造成的輕度影響在一生中足以提高帕金森病的風(fēng)險。

為了了解突變影響α-synuclein生成的機制，研究人員鑒別出了結(jié)合SNCA的增強子的兩個轉(zhuǎn)錄因子。當(dāng)這一增強子不突變時，轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合它會抑制SNCA。如果增強子具有G突變，轉(zhuǎn)錄因子無法結(jié)合這一增強子，SNCA激活。

大多數(shù)的遺傳疾病都是散發(fā)性，由突變組合所引起。

Jaenisch說，這種在SNCA的增強子中鑒別單個點突變的方法，可用于為散發(fā)性帕金森病精確找到其他的致病基因，并為其他疾病，包括阿爾茨海默氏癥、癌癥、糖尿病和多發(fā)性硬化癥篩查GWAS擊中點。

Jaenisch是干細(xì)胞研究領(lǐng)域的權(quán)威人物，他是Whitehead研究所的創(chuàng)始人之一，曾經(jīng)擔(dān)任過國際干細(xì)胞學(xué)會的主席。其在一系列的領(lǐng)域做出了有影響的工作，包括基因敲除小鼠、表觀遺傳學(xué)研究、核移植、iPSC等，解決了這些領(lǐng)域幾乎所有的重要問題。

2015年12月，Jaenisch與Whitehead生物醫(yī)學(xué)研究所的Richard A Young博士合作，構(gòu)建出了在人類胚胎干（ES）細(xì)胞和成體細(xì)胞中構(gòu)成人類基因組三維（3D）結(jié)構(gòu)，并調(diào)控了基因表達(dá)的DNA環(huán)的圖譜。一些基因和調(diào)控元件在這一染色體框架內(nèi)的定位有可能幫助科學(xué)家們更好地指導(dǎo)他們的基因組研究，確立突變與疾病發(fā)生發(fā)展之間的關(guān)系。這一成果發(fā)布在Cell Stem Cell雜志上。

2015年9月，Jaenisch領(lǐng)導(dǎo)Whitehead研究所的研究人員開發(fā)出了一種方法，監(jiān)測單個細(xì)胞中隨著時間推移發(fā)生的DNA甲基化改變。這一突破性的研究成果發(fā)布在Cell雜志上。

CRISPR/Cas系統(tǒng)可以構(gòu)建出多個基因精確突變的小鼠，但其效率低下阻礙了生成足夠數(shù)量的轉(zhuǎn)基因小鼠來建立人類疾病模型。通過添加一種抗癌藥物Scr7到遺傳編輯的受精卵中，Jaenisch課題組將CRISPR/Cas的效率顯著提高了19倍。這一重要的成果發(fā)表在2015年3月的Nature Biotechnology雜志上。