UGT基因簇进化及调控研究

尿苷二磷酸葡醛酸转移酶(UGT)蛋白家族是一种Ⅱ型药物代谢酶（a family of phase II drug-metabolizing enzymes），能催化葡醛酸与很多疏水小分子化和物结合，使其转化为亲水化合物从而排泄到体外，在药物代谢和生物体化学防御（chemical defense）方面发挥着非常重要的作用。申请者实验室先前的研究已经证明UGT基因簇（gene cluster）包含可变区和恒定区，具有类似于原钙粘蛋白（protocadherin）、免疫球蛋白（immunoglobulin）和T细胞抗原（T-cell receptor）基因簇的基因组结构（genomic organization）（Genome Research, 14: 79）。本项目将利用分子生物学方法对UGT基因簇的起源进化及表达调控进行深入的研究，揭示其在脊椎动物中的分子多样性起源和组织特异性调控机理。

尿苷二磷酸葡醛酸转移酶（UGT）药物代谢和化学解毒蛋白家族是一种Ⅱ型药物代谢酶，能催化葡醛酸与重要小分子化学药物结合。在本项目中，我们鉴定和克隆了完整的斑马鱼Ugt基因蓝图，发现斑马鱼基因组共有45个Ugt基因，分为Ugt1、Ugt2和Ugt5。Ugt1和Ugt2都有两个不相连的簇：a和b。Ugt1a、Ugt1b、Ugt2a和Ugt2b各基因簇均含可变区和恒定区。克隆全长编码序列证明，在各斑马鱼Ugt基因簇中，可变区的各可变外显子可独立剪接到相应一套恒定外显子上。比较分析显示斑马鱼的Ugt1和Ugt2基因的a和b基因簇在其它硬骨鱼中均能找到直系同源物，表明它们可能来源于鱼类特异性的全基因组复制事件。Ugt5基因是我们新发现的一类Ugt基因家族，它们在硬骨鱼和两栖类动物中存在。它们的整个开放阅读框由一单个大的外显子编码。在克隆中，我们还发现斑马鱼Ugt1、Ugt2和Ugt5基因通过可变剪接产生更多的转录多样性。基于进化分析，我们推测四足动物和硬骨鱼各Ugt1基因簇祖先都含有多个Ugt1旁系同源物。物种分化之后，这些Ugt1祖先基因簇经历了种系特异性的基因丢失和复制过程。脊椎动物Ugt2祖先基因簇也经历了种系特异性的复制过程。我们通过分析基因组特征推测，不含内含子的Ugt5开放阅读框可能来自逆转录转座和随后的基因复制事件。我们发现它们在硬骨鱼中剧烈扩增，在这些物种中已成为最为丰富的Ugt家族。这些发现对于脊椎动物中具有多样性可变外显子结构的基因的分子进化研究具有重要意义。为了进一步获得人类Ugt1的微进化，我们对253例正常中国人群基因组中UGT1基因簇内的9个第一外显子和内含子区以及5个共同外显子进行重测序，鉴定出101个多态性，其中15个为新SNP位点。我们计算了各多态性等位基因的频率，并重建了它们连锁不平衡（LD）图谱。UGT1基因簇分为五个区块，分别为区块9（UGT1A9）、区块9/7/6（UGT1A9、UGT1A7和UGT1A6）、区块5（UGT1A5）、区块4/3（UGT1A4和UGT1A3）和区块3’UTR。我们还进一步推断了单被型并为各单倍型选择了tagSNP集。我们将我们的数据和HapMap项目中其它三类人群的数据进行比较，发现UGT1基因多样性具有种族特异性。这些发现对未来UGT1基因簇的分子遗传学研究以及中国人群个体化药物治疗具有重要价值。