正文
该研究发现,在具有JAK1基因突变的家族成员中,不同个体的T细胞表现出截然不同的等位基因表达模式。一些患者的T细胞主要表达正常的等位基因,因此症状较轻或未受影响;而另一些患者的T细胞则呈现双等位基因表达,可能导致病症加剧。此外,PLCG2基因的突变也被证实在不同家族成员中展现了类似的模式,进一步支持aRMAE对疾病表型的调控作用。
这种现象提示我们,传统的基因检测可能不足以解释复杂的表型差异;相反,深入分析基因的“转录图谱”(Transcriptotype)以及环境与基因交互的机制,将为理解和预测遗传病的外显率提供重要线索。
通过外源扩增的初级T细胞检测aRMAE的实验设计与结果
(Credit:
Nature
)
图a展示了实验的总体流程。研究团队从9名健康供体中分离外周血单个核细胞(PBMC),并通过克隆扩增方法(n=47个克隆),对单个CD4+或CD8+ T细胞进行扩增。通过这一方法,他们获得了来源于单个细胞的大量克隆,从而确保了检测aRMAE的高精度和特异性。为了分析等位基因表达模式,研究者利用全外显子组测序(WES)检测基因组中的异位单核苷酸多态性(het-SNPs),并通过RNA测序(RNA-seq)分析基因的转录情况。
图b则以图示方式概述了常染色体基因的三种可能表达模式:双等位基因表达(BAE),以及单等位基因随机表达中偏向参考等位基因(Ref)或替代等位基因(Alt)的情况。研究者设定了判定单等位表达的阈值,即等位基因不平衡度(AI)≥ 0.80或AI ≤ 0.20。
基因识别范围(c):WES分析显示,在健康供体PBMC中共检测到14,694个蛋白编码基因含有至少1个异位SNP,为aRMAE分析提供了广泛的目标基因。
RNA测序覆盖深度(e): 在扩增克隆中,有3,438个基因的异位SNP位点在RNA-seq中达到至少30×的覆盖深度,确保了基因表达模式的可靠检测。
IEI相关基因分析(d,f): 进一步分析发现,这14,694个基因中有318个与免疫先天性缺陷(IEI)相关基因包含至少1个异位SNP,而其中140个基因在RNA-seq中达到了至少30×的覆盖深度,成为aRMAE研究的关键目标基因。
基因与环境的交响曲:aRMAE在健康与疾病中的作用
基因表达的多样性是生物系统适应复杂环境的基础,而单等位基因随机表达(aRMAE)则是这种多样性的重要来源。在健康个体中,aRMAE被认为有助于增强基因网络的灵活性,为细胞群体提供了应对多变环境的能力。然而,当aRMAE作用于携带致病突变的基因时,它的“随机性”可能成为影响疾病表型的关键因素。
通过对健康供体T细胞克隆系统的大规模研究,研究人员首次系统性地揭示了aRMAE在正常基因组中的分布情况。研究表明,约4.3%的IEI相关基因和5.2%的普通基因会经历aRMAE。这些基因随机地在不同细胞中选择性表达某一等位基因,形成了基因表达的个体间和细胞间的显著差异。
在IEI患者中,aRMAE的影响则更为复杂。以PLCG2和JAK1基因为例,研究发现,这些基因的aRMAE模式与患者的临床表型紧密相关。例如,在PLCG2基因突变的家族中,一些患者的B细胞主要表达突变等位基因,导致抗体缺乏的严重表型;而另一些患者则主要表达正常等位基因,表型轻微甚至完全健康。类似地,对于具有JAK1突变的患者,aRMAE决定了T细胞是否选择突变等位基因的表达,从而直接影响疾病的严重程度。
更有趣的是,aRMAE并非在所有细胞类型中均匀分布,而是呈现出特定的偏向性。例如,某些免疫细胞类型(如B细胞和T细胞)更易受到aRMAE的影响,这进一步加深了我们对免疫系统复杂调控机制的理解。
这一研究不仅揭示了健康与疾病状态下aRMAE的分布模式,还表明了aRMAE在调控基因表达和疾病外显率中的潜在作用。它为我们提供了一个全新的视角,即疾病的发生不仅是基因突变的结果,也可能是基因表达“选择性”的体现,这种选择受到基因自身特性和环境多重因素的调控。
免疫缺陷的背后:aRMAE如何影响特定基因的表达?
单等位基因随机表达(aRMAE)不仅是基因表达调控的一个独特机制,还可能成为影响疾病严重程度的重要因素。通过具体基因如PLCG2和JAK1的案例,研究人员揭示了aRMAE如何在分子层面调节疾病的表型表现,进一步加深了我们对免疫缺陷疾病机制的理解。
PLCG2基因是一个典型的研究对象,其突变与抗体缺乏和免疫失调综合征(PLAID)密切相关。在一个家族中,携带PLCG2 exon 19缺失突变的两个亲属呈现了显著不同的临床表现:一位患者出现了严重的低丙种球蛋白血症,而另一位却完全正常。研究发现,这种表型差异与B细胞中PLCG2的aRMAE模式密切相关。低丙种球蛋白血症患者的B细胞主要表达突变等位基因,而健康个体的B细胞则同时表达正常和突变等位基因,或者主要表达正常等位基因。这种表达偏向直接影响了B细胞的钙离子通量和功能,从而决定了抗体缺乏的严重程度。