基因表达数量性状基因座定位的方法研究阿尔茨海默病的“遗传度缺失”

There is evidence from familial aggregation that AD has a high heritability. However, AD associated genes can only explain a small proportion of the genetic contribution of AD, leaving several genetic risk factors to be identified, suggesting that they may account for the 'missing' heritability of AD. BXD RI mice were proposed to be used in expression Qutitative Trait Loci (eQTL) analysis, due to the genetic background differences associated with AD between B6 and D2, and a high density genetic map for linkage analysis. Gene expression data from 70 BXD RI mice hippocampus has been collected for eQTL analysis. Aβ has been postulated to be a causal factor in the pathogenesis of AD. The presence of Aβ-containing amyloid plaques is necessary for the neuropathological diagnosis of AD, suggesting that these entities may be involved in the etiology of the disease. In this study, we will construct Aβ associated gene network by eQTL mapping and the whole genome correlation analysis to identify the important control node in the accumulation of Aβ Plaques. Furthermore, we will isolate the sequence differences of AD candidate genes between AD patients and age-matched controls to validate the new AD candidate genes and provide molecular targets for AD diagnosis.

研究发现AD遗传度高，说明遗传因素在AD发病中起着决定性作用。但已知的AD易感基因却只能解释一小部分的AD遗传度，说明大量AD易感基因并未发现，此即AD的"遗传度缺失"。为寻找未知的AD候选基因，从而揭示AD"缺失的遗传度"，我们研究小组选择了适合AD遗传学分析背景，且同时满足高分辨率遗传作图群体要求的BXD RI小鼠为研究对象，并已完成70个品系的BXD RI小鼠海马组织基因表达资料的收集和部分AD相关基因的eQTL初步分析。本课题拟对AD的原发性病理因子-Aβ沉积过程中的一系列基因进行基因表达数量性状基因座（eQTL）定位的研究，构建Aβ相关基因的基因表达调控网络，筛选出控制Aβ沉积的重要节点，并进一步分析这部分基因在AD患者和正常人群间的序列多态性，提供其作为AD候选基因的临床证据，从而弥补AD"缺失"的遗传度，并为临床诊断提供新的分子标记。

阿尔茨海默病的主要病理改变表现为由β-淀粉样蛋白沉积引起的老年斑以及tau蛋白过度磷酸化形成的神经纤维缠结。越来越多的证据显示 Aβ沉积可能是 AD 发生的原发性病理因子，因淀粉样前体蛋白 APP 的异常加工导致，Aβ沉积被认为是 AD 发病的中心事件。因此，分析Aβ沉积的分子机制对认识AD发病的机理有着重要意义。本项目运用生物信息学方法收集与Aβ沉积相关的基因，所收集的366个基因中，有53个基因（77个Probeset）在BXD RI小鼠海马组织中平均表达量大于7且被定位到了具有统计学意义的顺式作用eQTL，有36个基因被定位到了具有统计学意义的反式作用eQTL。近期研究报道显示神经细胞中胆固醇酯的水平与Aβ含量直接相关，CE浓度升高可显著促进Aβ的生成，在所收集的AD相关基因中Soat1、Ptgs2以及Gsto1基因与CE代谢密切相关，从而影响Aβ的代谢。基因表达数量性状基因座定位研究证实上述3个基因均为cis-eQTL 调节基因。其中，Gsot1可协同26个已知与痴呆相关的基因共同参与AD，并对下游基因Pa2g4有显著调节作用。Neuregulin-1/ErbB 信号通路被证实在神经系统中发挥着非常重要的作用，Pa2g4作为Gsto1和Errb3共同的下游基因，可能借助Neuregulin-1/ErbB 信号通路在AD发病过程中发挥作用，共同参与AD发病。Soat1可协同Ptgs2基因共同参与AD发病。构建AD细胞模型，应用Aβ25-35诱导神经母细胞瘤细胞株SH-SY5Y，在细胞水平证实了抑制Soat1表达可引发编码钙离子通道的基因Cacna1b和Cacna2d1的表达下降，缓解细胞内钙离子超载的现象，从而影响MAPK通路中的重要成员ERK磷酸化水平的变化，进一步级联NF-κB信号通路的效应蛋白COX2的表达变化，起到保护Aβ25-35 诱导的人神经母细胞瘤细胞的毒性作用。以上数据为鉴定AD候选基因，解决阿尔茨海默病“遗传度缺失”的问题提供翔实的数据。