全基因组表达相关拷贝数变异在结直肠癌发生发展中的作用及机制研究

Genome-wide association studies revealed outstanding positions and important roles in biological mechanism explanation of genetic variations that presented significant influence on the expression of disease-related genes. Copy number variation (CNV), as an important structural variation influencing DNA dosage, can exert impact on gene expression. Our study has screened out the CNVs that exert most significant influence on gene expression in whole genome based on CNV data from HapMap and related transcriptome data. Further investigations found that all genes regulated by above CNVs belonged to HLA class II genes. Given the important role of HLA class II genes in inflammation-related tumor and the significant public health impact of colorectal cancer as an inflammation-related tumor, a two stage case-control study will be carried out to detect the role of these CNVs of HLA class II genes in the initiation and development of colorectal cancer in Chinese Han population. Sequencing, FISH, Real-time PCR and Western blot will be further applied to detect the function of positive associated CNVs. Our study may not only provide novel evidence for the role of genetic variations in HLA class II genes in the initiation and development of colorectal cancer, but also present a new strategy to the study of complex disease susceptibility.

全基因组关联研究提示：显著影响"疾病相关基因"表达的遗传变异在易感性研究中容易"脱颖而出"，且有利于阐明疾病的生物学机制。拷贝数变异（Copy number variation，CNV），作为重要的影响DNA剂量的结构变异，对基因表达可产生重要影响。本研究前期利用HapMap的全基因组CNV数据及相应转录组数据，在全基因组范围内筛选出对基因表达影响最显著的CNV，并发现受这些CNV影响最显著的基因均为经典HLAⅡ类基因。鉴于HLAⅡ类基因在炎症所致肿瘤中的重要作用，本研究拟采用"两阶段病例-对照研究"策略，以严重危害我国居民健康的炎症相关肿瘤-结直肠癌为目标疾病，探索经典HLAⅡ类基因种系CNV在结直肠癌发生发展中的作用，并通过多种功能技术鉴定阳性关联CNV的功能。本研究为进一步探明HLAⅡ类基因遗传变异在结直肠癌发生发展中的作用提供新的线索，同时也为复杂性疾病遗传易感性研究提供了新思路。

基于人类基因组图谱计划III期数据库全基因组拷贝数变异（copy number variation, CNV）及相应转录子表达水平的关联研究显示：拷贝数变异HM3_CNP_342、HM3_CNP_338、HM3_CNP_339 及HM3_CNP_340位于人类白细胞抗原II类基因（human leukocyte antigens class II，HLA II）染色体区域，可显著影响HLA-DQA1、HLA-DQB1及HLA-DRB5的基因表达。HLA II 类基因主要由抗原递呈细胞表达，在免疫监视、免疫识别及免疫消除瘤样病变中起到重要作用。结直肠癌，作为一种慢性炎症相关的恶性肿瘤性疾病，被认为与HLA II 类基因及蛋白表达异常相关。故本研究采用两阶段病例-对照的关联性研究策略，探索了HLA II 类基因拷贝数变异与中国汉族人群结直肠癌发生和发展的关联及潜在生物学机制。研究发现相对于非扩增型 HLA-DQB1拷贝数携带者，扩增型HLA-DQB1拷贝数携带者结直肠癌发病风险降低27%（95%置信区间：11%-39%）。这种“保护作用”在早发型结直肠癌、分化良好型结直肠癌及非转移性结直肠癌中更为明显。基因-环境交互分析显示HLA-DQB1 拷贝数变异与吸烟、饮酒、肿瘤家族史之间存在交互作用。功能学实验显示：相对于非扩增型HLA-DQB1拷贝数，扩增型HLA-DQB1拷贝数携带者具有较高的基因及蛋白表达水平。鉴于HLA-DQB1主要表达于抗原递呈细胞，研究者将结肠癌细胞系（SW480及HCT116），T淋巴细胞分别与转染了HLA_DQB1过表达质粒、正常表达质粒及沉默表达质粒的抗原递呈细胞（树突状细胞）共孵育。24小时后，SW480的凋亡率分别为35.8%、21.8%及15.9%，HCT116的凋亡率分别为25.3%、12.4%及9.6%。本研究揭示了HLA-DQB1拷贝数变异可影响结直肠癌易感性，并揭示了其潜在机制为 HLA-DQB1 扩增型拷贝数变异通过上调基因及蛋白表达，增强抗原递呈细胞对肿瘤细胞的抗原递呈能力，刺激T淋巴细胞产生更强的肿瘤杀伤能力。