全基因组外显子测序技术在Chiari畸形遗传病因学中的应用研究

Chiari malformation (CM) is part of a pathological continuum of hindbrain malformations and relates to a volumetrically reduced posterior fossa. Despite decades of research, the exact etiology and pathogenesis of CMI remain virtually obscure. To our knowledge, previous studies primarily focused on the clinical and radiographic characteristics of CM with the underlying molecular genetic underpinnings being largely overlooked. Consequently, characterizing the genetic contribution to CM could yield valuable insight into the complex pathogenesis of this disorder. Screening genetic mutations utilizing CM families provides a novel approach in the investigation of its genetic etiology. To date, however, no underlying culprit genes have been identified, largely due to the limited clinical cases and techniques. Therefore, the combination of more accurate and efficient sequencing techniques and large CM families will undoubtedly help to better identify the mutant genes as well as the positive functional sites. By virtue of advanced gene-sequencing technology (whole exome sequencing), this study firstly aims to identify candidate genes associated with familial CM. In conjunction with subsequent validation using CM families and large-scale sporadic cases, we also attempt to identify the core culprit genes, and if possible, the functions of those mutant genes. Furthermore, through phenotypic analyses and genetic mapping, we expect to explore the potential genetic models of familial CM.

Chiari畸形属于后脑发育畸形中的一类，其发生机制迄今尚不明确。以往研究多基于影像学及临床功能而无法在遗传学以及细胞分子层面予以确切地解释。因此，从遗传病因学入手来揭示该病的发生及发展具有重要的意义。 在Chiari畸形家系中寻找突变基因是揭示该病致病模式的新思路，然而以往研究受限于较少的样本例数及检测技术，Chiari畸形的遗传学研究仍处于理论阶段。在大样本家系中采用准确且高效的基因测序技术有利于全面地筛查突变基因及阳性的功能位点。 本课题首次对家族性Chiari畸形患者进行新一代测序技术（全基因组外显子测序），筛选出候选基因，结合后续的家系及大规模散发病例的验证，以探寻能准确反映Chiari畸形发生及发展的致病基因，明确突变基因的功能，同时进行Chiari畸形家系的表型分析以及遗传图谱的绘制，进一步深入推测其可能存在遗传模式。

Chiari畸形属于后脑发育畸形，其发生机制尚不明确。以往研究多基于影像学及临床功能而未在遗传学和细胞分子层面予以确切地解释。因此，从遗传病因学入手来揭示该病的发生及发展具有重要的意义。 在Chiari畸形家系中寻找突变基因是揭示该病致病模式的新思路，然而以往研究受限于较少的样本例数及检测技术，使得Chiari畸形的遗传学研究仍处于起步阶段。在大样本家系中采用准确且高效的基因测序技术有利于全面地筛查突变基因及阳性的功能位点。. 本课题收集了24个Chiari I型（Chiari I malformation, CMI）家系和153例CMI散发患者的病例信息和外周血标本。利用全外显子组测序，我们将所得到的测量数据与公共遗传突变数据库(dbSNP)和千人基因组计划做对比，过滤掉正常人的常见突变及不影响基因功能的突变；在所有患病个体的突变集合中取交集，分析致病基因；根据已知与体节及神经系统发育相关的基因进行候选基因筛选；结果显示CRISPLD2、GSE1、LCORL三个候选基因与CMI发病相关。随后我们在小家系及散发病例中进行致病基因的验证，结果示LCORL基因为与CMI发病相关的信号较强基因。接着我们比较了CMI患者与对照组枕骨组织中LCORL基因的表达水平及后颅窝特征，发现LCORL 3’UTR区rs76871419突变与CMI患者后颅窝骨性结构特征存在关联。通过对基因筛选及验证结果进行进一步分析，我们还确认了CRISPLD2为CMI新的候选致病基因，并提出CRISPLD2基因突变所致后颅窝骨性结构发育受限在CMI的分子遗传学发病机制中作用的新理论。本课题所取得的遗传病因学的突破为阐释CMI的遗传病因学及发病机制提供了新视角并有望为CMI早期诊断、疾病进展预测及临床干预时机的指导提供理论及实验依据。. 最后，结合新发现的候选致病基因与后颅窝骨性结构构发育之间的关系，考虑到颈椎管与后颅窝为同一胚胎发育来源，我们以青少年CMI患者为研究对象，试图探究CMI患者颈椎管锥度的表型特征，结果发现CMI患者颈椎管矢状面锥度显著大于AIS患者及正常对照组，证实CMI患者存在颈椎管骨性结构发育异常，为CMI患者存在中胚层枕生骨节发育异常的假说提供了有力证据。