基于单卵双胎筛选和鉴定先天性室间隔缺损相关的低频/罕见变异

Recently, the incidence of congenital heart disease is on the rise, ranking first in the birth defects and cause of death. Among them the ventricular septal defect (VSD) is the most common type. Previous studies have identified multiple VSD-related genes, variants or associated chromosomal regions, but the etiology of VSD has not been well explained. Through the existing genome-wide association analysis, we can only discover the common genetic variations (the minor allele frequency ≥5%), and almost none of low frequency or rare variations are reported in Chinese population which recently are thought to be in close relation to VSD. Low-frequency and rare mutations within whole exome can be rapidly captured by next generation sequencing, which has pathogenic significance definitely and strong disease effect. We have detected a rare variation of KMT2D in a VSD fetus of monozygotic twins. In this project, in order to explore genetic causes of congenital ventricular septal defect, the VSD fetus was selected as the research object. Firstly, we sequence the exome of the monozygotic twins (one child had VSD, the other is normal), and screen the low frequency and rare variations as the candidate. Then in the case-control cohort, we validate the association between the variation/gene candidates and VSD. After we screen and identify the related gene variations, we conduct the function analysis, construct the gene-interaction network, research the mechanism and explore the application in precision medicine.

近年来先天性心脏病的发病率呈上升趋势，位居出生缺陷和死因首位，其中最常见的是室间隔缺损（VSD）。以往研究已鉴定出多个VSD相关的基因变异或染色体区域，但并不能很好的解释VSD的病因。现有的全基因组关联分析只能发现等位基因频率≥5%的常见遗传变异，而近期发现与VSD密切相关的低频罕见变异国内几乎未见报道。二代测序可以快速捕获功能意义明确、强致病效应的低频罕见变异，我们前期在单卵双胎VSD病例中发现KMT2D上的一个罕见变异。我们选取VSD胎儿为研究对象，采用全外显子组测序结合染色体微阵列分析为手段，以探索先天性室间隔缺损的分子机制为主线，以前期单卵双胎(一胎患VSD，另一胎正常)高效筛选低频罕见变异为突破口，以后期大样本量病例对照研究验证其相关关系，突破传统的全基因组关联研究模式，从全基因组层面发掘和鉴定VSD相关的基因和低频罕见变异。并对基因及变异进行功能研究，构建作用网络，探索发生机制

近年来先天性心脏病的发病率呈上升趋势，位居出生缺陷和死因首位，其中最常见的是室间隔缺损（VSD）。以往研究已鉴定出多个VSD相关的基因变异或染色体区域，但并不能很好的解释VSD的病因。现有的全基因组关联分析只能发现等位基因频率≥5%的常见遗传变异，而近期发现与VSD密切相关的低频罕见变异国内几乎未见报道。二代测序可以快速捕获功能意义明确、强致病效应的低频罕见变异。我们选取先天性心脏病胎儿为研究对象，总共收集到1361例先天性心脏病病人，其中室间隔缺损病人608例，以及正常对照500例。此外还收集到22对特殊的单卵双胎病例（一胎有室间隔缺损、另一胎正常）。研究分两阶段进行：第一阶段为discovery阶段，利用特殊的单卵双胎病例（一胎有VSD、另一胎正常）资源入手，这些病例首先通过染色体微阵列分析技术检测可能引起VSD表型的染色体非整倍体异常和拷贝数目变异，然后通过全外显子组测序找寻两胎间的基因序列上的差异，筛选到5个和先天性室间隔缺损相关的基因及低频/罕见变异。 第二阶段为在大规模的“病例-对照队列”研究中，来验证候选基因及低频/罕见变异与先天性室间隔缺损的相关关系，其中KMT2D和FBN1基因上的变异在病例组中频率较高。我们还对608例室间隔缺损病例的遗传学致病图谱进行汇总，染色体异常和拷贝数目变异所占的比例分别为5.76%（35例）和5.59%（34例）。最后对相关基因和低频/罕见变异进行功能学研究，我们筛选的基因也为后续先天性心脏病研究提供了候选基因。此外，我们还在一个心肌异常的家庭中鉴定出一种罕见的杆状体肌病，为国内首次报道LMOD3基因的复合杂合变异，并且是第一次对杆状体肌病在产前和产后表现进行全面描述的报道，强调了WH2结构域在蛋白中所起的关键作用，并且汇总以往报道的二十余例病例提出胎儿水肿是该病一个新的表型特征，可为产前诊断提供早期线索。