通過生物信息學(xué)方法探究家族性成人原發(fā)性肌張力障礙中相關(guān)基因表達(dá)〔〕:

摘要：目的本文擬對原發(fā)性肌張力障礙基因芯片數(shù)據(jù)進(jìn)展生物信息學(xué)分析。方法從GEO數(shù)據(jù)庫獲取原發(fā)性肌張力障礙的標(biāo)志物芯片表達(dá)的差異基因，應(yīng)用生物信息學(xué)方法對差異基因進(jìn)展功能注釋和通路分析，string-db數(shù)據(jù)庫進(jìn)展蛋白互相作用分析。結(jié)果經(jīng)過數(shù)據(jù)分析，這些在差異性表達(dá)的基因被富集到不同的生物學(xué)過程，主要富集在serine-type肽酶過程和胰島素受體復(fù)合這兩種過程。結(jié)論原發(fā)性肌張力障礙可能存在較為復(fù)雜的生物過程。

關(guān)鍵詞：原發(fā)性肌張力障礙；基因芯片；生物信息學(xué)；生物標(biāo)志物

本文引用格式：戴冠東,王凱,羅麗丹.通過生物信息學(xué)方法探究家族性成人原發(fā)性肌張力障礙中相關(guān)基因表達(dá)[J].世界最新醫(yī)學(xué)信息文摘,2022,19(92):128-130.

0引言

原發(fā)性肌張力障礙〔primarytorsiondystonia，PTD〕是一種主動肌與拮抗肌收縮不協(xié)調(diào)或過度收縮引起的以異常姿勢和動作為特征的椎體外系疾病。PTD常累及面部，喉嚨及頸部，往往持續(xù)保持局灶性或階段性。以成人起病的原發(fā)性局限性肌張力障礙中，15%-30%可開展至肢體的其他部位【1】。有學(xué)者將原發(fā)性肌張力障礙定義為一種由病因-病理和臨床標(biāo)準(zhǔn)，多為"特發(fā)性";震顫或"特發(fā)性";帕金森疾病【2】。排除標(biāo)準(zhǔn)，包括病理、病史和檢查這些發(fā)現(xiàn)對于將原發(fā)性肌張力障礙與其他肌張力障礙區(qū)分開來一直是至關(guān)重要的。奧本海姆于1911年描繪了該疾病的臨床表現(xiàn)：肌肉張力的間歇性變化、有節(jié)奏的抽搐、改變攣縮和姿勢[3-4]。同時，他指出肌張力障礙是一個獨立的病態(tài)實體。當(dāng)前較多文獻(xiàn)指出，該病是與很多神經(jīng)退行性變和神經(jīng)遞質(zhì)代謝紊亂相關(guān)的病癥群。以較多散發(fā)，少數(shù)有家族史，該病的發(fā)生與遺傳和環(huán)境有關(guān)[5-7]。有證據(jù)說明，不光是家族性肌張力障礙具有一定遺傳根底，極可能很多明顯散發(fā)性的病例也有遺傳根底[8]。隨著越來越多致病基因或易感基因的定位、發(fā)病機(jī)制的逐步說明，臨床醫(yī)師勢必可以利用這些信息更好地發(fā)現(xiàn)每種遺傳類型的臨床特征，從而進(jìn)展更有效的治療。

隨著生物信息學(xué)開展，本研究通過檢索全球性公共數(shù)據(jù)庫來尋找與家族性成人原發(fā)性肌張力障礙相關(guān)基因芯片，并應(yīng)用生物信息學(xué)技術(shù)來探究較為顯著的差異基因，并繪制與之相關(guān)的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，研究多個基因之間的互相聯(lián)絡(luò)。

1材料與方法

1.1數(shù)據(jù)集的獲取和資料分析

以"Primarydystonia";為關(guān)鍵詞對美國國立生物中心的GEO數(shù)據(jù)庫(:./geo)進(jìn)展檢索,獲得美國田納西大學(xué)安康科學(xué)中心公布的相關(guān)基因芯片數(shù)據(jù)集GSE43771。相關(guān)研究芯片平臺為GPL10558IlluminaHumanHT-12V4.0expressionbeadchip。該實驗以人類外周血為研究對象，納入對象為成人原發(fā)性肌張力障礙家族，共8個樣品，4名攜帶者，4名非攜帶者。

1.2家族性成人原發(fā)性肌張力障礙差異表達(dá)基因的分析

相關(guān)基因差異表達(dá)分析，采用R語言程序包，根據(jù)統(tǒng)計學(xué)方法對基因進(jìn)展方差分析及相關(guān)的t檢驗，來鑒定差異基因。本研究中將4名galpha;〔olf〕家族性成人原發(fā)性肌張力障礙攜帶者作為實驗組，4名galpha;〔olf〕家族性成人原發(fā)性肌張力障礙非攜帶者樣本作為對照組，分析兩組樣本差異表達(dá)的基因。差異倍數(shù)閾值設(shè)置為logge;1.5且P

通過基因差異表達(dá)分析所挑選出的差異個基因進(jìn)展富集其中，較為顯著的生物過程為RNA聚合酶II啟動子轉(zhuǎn)錄的正調(diào)控，較為顯著的細(xì)胞功能為細(xì)胞質(zhì)膜，較為顯著的分子功能為序列特異性DNA結(jié)合蛋白，見圖2；相關(guān)基因間的交互關(guān)系如圖3；較為顯著的離子通路為粘附連接通路。

3討論

原發(fā)性肌張力障礙通常為單基因遺傳病，以常染色體顯性遺傳伴不同外顯率為主，無明確的神經(jīng)病理學(xué)改變。隨著遺傳學(xué)的快速開展，迄今為止共發(fā)現(xiàn)20余種基因與原發(fā)性肌張力障礙相關(guān)。2022年Tania等[8-11]通過對兩個原發(fā)性改變型肌張力障礙家系進(jìn)展全外顯子測序，將其致病基因定位到GNAL基因。GNAL位于18p11.22-p11.21，共有，12個外顯子，編碼興奮性alpha;亞單位一Galpha;(olf)。Galpha;(olf)有3個異構(gòu)體：異構(gòu)體1(NM_182978.3)是GNAL基因編碼的最長蛋白，異構(gòu)體2(NM_001142339.2)是最主要的蛋白，兩者同時存在于大腦和白細(xì)胞中，在大腦皮層和紋狀體含量最多[14]，異構(gòu)體3在腦中不存在。腦中最主要的興奮性G蛋白亞單位是Galpha;s，但在紋狀體棘狀神經(jīng)元〔striatalmediumspinyneurons，MSNs)中，Galpha;(olf)取代Galpha;。Galpha;(olf)與直接通路中多巴胺1型受體〔D1Rs)及間接通路中腺苷A2A受體〔A2ARs)結(jié)合，激活5型腺苷酸環(huán)化酶[11]。GNAL基因突變導(dǎo)致Galpha;(olf)亞單位的合成受阻，出現(xiàn)功能障礙。GNAL基因突變形式多樣，包括無義突變，移碼突變，錯義突變、框內(nèi)缺失和剪接異常等。Vemula等在760名肌張力障礙患者中發(fā)現(xiàn)3個突變位點[11]，MIAO在名中國東北部患者中發(fā)現(xiàn)2個突變[12]，Kumar對318名患者中發(fā)現(xiàn)2個突變[13]總體來講，目前國際上對GNAL基因尚在初步研宄階段，國內(nèi)尚缺乏大樣本人群研究。

在肌張力障礙領(lǐng)域，全基因組關(guān)聯(lián)研究〔genome-wideassociationstudies,GWAS〕第一次發(fā)現(xiàn)陣發(fā)性運動障礙〔paroxysmalkinesigenicdyskinesia,PKD)DYT10位點，這是一種罕見的偶發(fā)性肌張力障礙綜合征，以突然隨意運動引發(fā)重復(fù)和短暫的不自主發(fā)作作為特點。其重疊的表型，包括小二發(fā)作性舞蹈手足徐動癥〔infantileconvulsionsandparoxysmalchoredoathetosis,ICCA〕和良性家族性小二癲癇綜合征〔benignfamilialinfantileseizuressyndrome,BFIS〕PKD、ICCA和其他表型相關(guān)基因定位在16號染色體上，最近的研究運用全外顯子測序〔wholeexomesequencing,WES〕方法證實Proline-richtransmembraneprotein2(PRRRT2)基因的突變?yōu)镻KD和ICCA的主要原因[14]，WES是指利用序列捕獲技術(shù)將全基因組外顯子區(qū)域DNA捕獲并富集后進(jìn)展高通量測序的基因組分析方法。隨后，同樣的WES方法也陳宮用于識別4個遲發(fā)性PTD的新誘發(fā)基〔TUBB4a、CIZ1、ANO3、GNAL〕[15]。這證明一樣基因的突變或?qū)е庐悩?gòu)表型[15]。全基因組關(guān)聯(lián)研究旨在通過大規(guī)模、發(fā)雜疾病人權(quán)的研究識別多態(tài)變量作為復(fù)雜疾病的風(fēng)險因素。在大群患者和對照組中，不計其數(shù)的常見變異〔次要等位基因頻率大于5%〕可同時被基因分型，需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕y(tǒng)計分析，從假陽性結(jié)果中分辨真實的結(jié)果。這種方法已根本適用于PTD，盡管顯著陽性結(jié)果的數(shù)量出人意料的低，但也發(fā)現(xiàn)了幾個藏匿于疾病中關(guān)聯(lián)變體的基因，例如SNCA、MAPT和LRRK2。到目前為止，沒有關(guān)于PTD的GWAS的報道，但是該技術(shù)在此領(lǐng)域的潛在奉獻(xiàn)確實顯而易見。大多數(shù)成人發(fā)病型原發(fā)性肌張力障礙的病因仍然不明確。該病具有臨床異質(zhì)性與遺傳異質(zhì)性，隨著分子遺傳學(xué)的迅速開展，很多肌張力障礙的基因位點被相繼發(fā)現(xiàn)，目前報道有25種肌張力障礙的基因位點(DYT1~DYT25〕[16-17]。

在本研究中，從新的角度通過用生物信息學(xué)方法對家系內(nèi)的發(fā)病人群和非發(fā)病人群，進(jìn)展比照，結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩組人群中較為顯著的基因為BNIPL、MIR412、TMEM204，這三種基因在水腫和炎性疾病中發(fā)揮重要作用，而在蛋白間的交互作用中較為顯著的是ITGAX，挑選出的較為顯著的生物過程為RNA聚合酶II啟動子轉(zhuǎn)錄的正調(diào)控，較為顯著的細(xì)胞功能為細(xì)胞質(zhì)膜，較為顯著的分子功能為序列特異性DNA結(jié)合蛋白，相關(guān)基因間的交互關(guān)系，較為顯著的離子通路為粘附連接通路。由此，可見該疾病的發(fā)生和開展，與基因的調(diào)控有一定的關(guān)聯(lián)，可能存在新的途徑或通路。同時也從一定程度上驗證了，與全基因組測序一樣的結(jié)論，該病的發(fā)病與基因調(diào)控存在一定的關(guān)聯(lián)性。

目前對家族性的原發(fā)性肌張力障礙疾病的研究較少，該病主要靠藥物和立體定向手術(shù)治療，但這些治療只是對癥治療，并有很多局限性，并且肌張力障礙的發(fā)病機(jī)制仍未完全清楚，也無有效的治療方法；因此還需要進(jìn)一步對家族性的疾病基因進(jìn)展的新位點的篩查，對發(fā)現(xiàn)新的相關(guān)基因及相關(guān)蛋白進(jìn)展深化的研究，提供一定的理論根底。

參考文獻(xiàn)

【1】DeweyFE,ChenR,CorderoSP,etal.Phasedwhole-genomegeneticriskinafamilyquartetusingamajorallelereferencesequence[J].PLoSGenet,2022,7(9):e1002280.

【2】KumarKR,LohmannK,KleinC.GeneticsofParkinsondiseaseandothermovementdisorders[J].CurrOpinionNeurol,2022,25(4):366-474.

【3】Slingsby,C.andG.J.Wistow,Functionsofcrystallinsinandoutoflens:Rolesinelongatedandpost-mitoticcells[J].ProgBiophysMolBiol,2022,115(1):52-6.

【4】Parker,M.,etal.SuppressionofneovascularisationofdonorcorneasbytransductionwithEquineinfectiousanemiavirus-basedlentiviralvectorsexpressingendostatinandangiostatin[J].HumGeneTher,2022,25(5):408-418.

【5】OzeliusLJ,BressmanSB.Geneticandclinicalfeaturesofprimarytorsiondystonia[J].NeurobiolDis,2022,42(2):127-135.

【6】BressmanSB,GreenePE.Dystonia[J].CurrTreatOptionsNeurol,2000,2(3)：275-285.

【7】LeeHY,HuangY,BruneauN,etal.MutationsinthegenePRRRT2causeparoxysmalkinesigenicdyskinesiawithinfantileconvulsions[J].CellRep,2022,1(1):2-12.

[8]FuchsT,Saunders-pullmanR,MasuhoI,etal.MutationsinGNALcauseprimarytorsiondystonia[J].Natgenet,2022,45(1):88-92.

[9]VemulaSR,PuschmannA,XiaoJ,etal.RoleofGalpha(olf)infamilialandsporadicadult-onsetprimarydystonia[J].HumMolGenet,2022,22(12):2510-9.

[10]KullB,SvenningssonP,FredholmBB.Adenosinea(2A)receptorsarecolocalizedwithandaceivateg(olf)inratstriatum[J].MolPharmacol,2000,58(4):777-7.

[11]FuchsT,Saunders-pullmanR,MasuhoI,etal.MutationsinGNALcauseprimarytorsiondystonia[J].Natgenet,2022,45(1):88-92.

[12]VemulaSR,PuschmannA,XiaoJ,etal.RoleofGalpha(olf)infamilialandsporadicadult-onsetprimarydystonia[J].HumMolGenet,2022,22(12):2510-9.

[13]KullB,SvenningssonP,FredholmBB.Adenosinea(2A)receptorsarecolocalizedwithand