GSTCD基因表达调控及其与慢性阻塞性肺疾病相关性研究

Chronic obstructive pulmonary disease (COPD), is a kind of common respiratory diseases characterized by lung function declined. Recent genome-wide association studies (GWAS) of COPD have suggested that one SNP (rs10516526) in glutathine s-transferase, c-terminal domain (GSTCD), is associated with lung function (measured by forced expiratory volume in one second, FEV1) and COPD. We hypothesized that this SNP, or the ones in linkage disequilibrium (LD) with it, could regulate GSTCD gene expression through enhancer model, and further contribute to COPD onset. In this project,we will measure the gene expression by real-time PCR in cases and controls in lung bronchial epithelial tissues. Then we will analyze 1000 genomes data to obtain the SNPs in strong LD with rs10516526, which will be potential causal ones. For the regions where they locate, we will use chromosome conformation capture to investigate the interaction between these regions and GSTCD promoter, in order to determine the real enhancer region. Moreover, we will use luciferase assay to compare the enhancer activity between two alleles and chromatin immunoprecipitation to identify the transcript factor that bind to this region. This project will shed more light on the molecular mechanism of COPD onset and provide an ideal example on how to combine GWAS results, bioinformatics, and functional genomics approaches to investigate the mechanism of complex diseases.

慢性阻塞性肺疾病(COPD)是一种以肺功能下降为特征的呼吸系统疾病。近期全基因组关联分析研究(GWAS)揭示位于4q24区段的GSTCD基因突变rs10516526与肺功能及COPD显著相关。我们推测GSTCD上rs10516526位点或其他与之连锁的位点，通过增强子模式调控该基因表达，从而影响肺功能及COPD的发生或发展。为此，本研究拟使用荧光定量PCR技术分析COPD疾病组和对照组支气管上皮组织中GSTCD基因的表达差异；分析千人基因组计划数据以寻找与rs10516526连锁的位点为潜在功能性位点；通过染色体捕获技术、荧光素酶法及染色质免疫沉淀等试验，鉴别可调控GSTCD基因表达的增强子及功能性位点，及该位点发挥作用的分子机制。本项目对于探讨COPD发病的分子机制和防治策略具有重要的意义，同时为整合GWAS研究结果、生物信息学、功能基因组学等手段研究复杂疾病机理提供一个良好的范例。

慢性阻塞性肺疾病(COPD)为一种以肺功能下降为特征的呼吸系统疾病。近期全基因组关联分析研究(GWAS)揭示位于4q24区段的GSTCD基因上的SNP变异rs10516526与肺功能及其COPD显著相关。然而，该SNP位点是如何影响肺功能及其与COPD的发生的关系，尚未见报道。在本研究中，对采集到的20份疾病组织和30份对照组织进行RNA提取，通过荧光定量PCR，检测GSTCD基因在疾病组和对照组的表达差异。考虑到其他与rs10516526位点高度连锁的SNP也可能为潜在功能调控位点，在千人基因组数据中收集与之高度连锁的SNP位点，并利用ENCODE数据库的信息(组蛋白和DNase I酶数据)信息，进一步查找潜在功能性位点所在区域，用于后续功能分析。通过染色质捕获技术查找出可调控GSTCD基因表达的增强子区段及功能性位点。通过以上的实验分析，我们得到以下研究结果；1，GSTCD基因在吸烟亚组的疾病组和对照组的表达存在显著差异(P=0.028)，提示GSTCD可能参与COPD的发生。2，在千人基因组数据中，以rs10516526位点为中心，共计500kb范围的染色体区段的SNP位点数据进行连锁不平衡分析，得到与rs10516526高度连锁的SNP位点共计253个(r2>0.8)。在ENCODE数据中4种组蛋白修饰和DNase I酶数据，得到6个潜在调控区域(PRE)。3，通过染色质捕获技术，构建出转录调控时的基因区段相关作用的图谱，发现与GSTCD基因启动子区有相互作用的DNA片段在PRE2区段，距离GSTCD基因启动子区约有65kp，该区段内有2个SNP与rs10516526位点存在高度连锁，提示可能这2个SNP (rs11097895和rs11726715)与GSTCD基因表达调控相关。TRANSFAC预测发现这2个SNP的突变均可改变所结合的转录因子种类。本研究结果阐明GSTCD基因在COPD中有较高的表达；rs10516526位点可能是通过其连锁的SNP位点来影响GSTCD基因的表达调控而显示出与COPD的显著相关性，为深入探讨COPD的发病机制提供新的理论依据。