當 DNA 差異至關重要時

深入研究一個龐大的基因資料庫,正在幫助研究人員瞭解我們共同擁有的基本生物學的秘密

DNA 測序凝膠。

我知道這聽起來很奇怪,但我對一個數據庫感到非常感激。它讓我擺脫了終生害怕死於心臟病發作的恐懼。

該資料庫被稱為ExAC,我在對我的基因組進行測序後第一次體驗了它。在幾周的時間裡,我把它從一個實驗室帶到另一個實驗室,請科學家們幫助我理解它。

他們的分析帶來了一個令人震驚的發現。我在一個叫做 DSG2 的心肌基因中有一個變異。一些研究表明,僅在你的兩個 DSG2 複製中的一個複製中存在變異,就會導致一種罕見的疾病,稱為致心律失常性右室心肌病。它會導致突然的、致命的心臟病發作;沒有治癒方法。


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我從哈佛醫學院的臨床遺傳學家羅伯特·格林博士和他的同事、Partners HealthCare 分子醫學實驗室的生物資訊學主任馬修·萊博那裡瞭解了我的變異。當他們告訴我它可怕的名聲時,當我瞭解到更多關於 DSG2 的資訊時,一股可怕的恐懼感籠罩了我。

但是,在 ExAC 的幫助下,格林和萊博迅速消除了天空中的陰雲。

ExAC(外顯子組聚合聯盟的簡稱)是一個遺傳資訊彙編,於 2014 年 10 月上線。它包含了超過 60,000 人中每個蛋白質編碼基因的每個變異。它大約是之前同類資料庫的 10 倍大,包含大約 1000 萬個變異——如此龐大,以至於它正在給科學家們一個更現實的關於我們在基因上如何相互差異的願景。

格林和萊博訪問了 ExAC 網站來評估我的 DSG2 變異。他們可以立即看到,大約 200 個歐洲血統的人中也有 1 個攜帶它。這個比率遠高於致心律失常性右室心肌病的比率。

格林和萊博診斷我的變異可能為良性。

自推出以來,ExAC 一直在穩步吸引越來越多的科學家和醫生,主要是透過口碑傳播。對於像格林這樣的醫生來說,它被證明是找到假陽性的寶貴方法。他很高興地告訴他的一些病人,他們多年前獲得的基因診斷不再是值得關注的原因。

“僅憑這一資源,就正在重塑我們進行這項工作的方式,”格林說。

但是,週三發表的一系列新論文(對 ExAC 資料庫的首次深入分析)表明,假陽性只是它可以闡明的眾多事情之一。它還在幫助科學家識別新的基因變異,並瞭解我們共同擁有的基本生物學的秘密。

“這種工具將在各種科學發現中發揮極其重要的作用,”格林說,他沒有參與任何新的研究。

假陽性是早期基因研究的一個不幸的遺留問題。直到最近,DNA 測序非常昂貴,以至於遺傳學家只能在小群體的人中尋找致病變異。

在一項典型的研究中,他們會檢查患有疾病的人的 DNA 並發現可疑的突變。例如,如果您患有心肌病,那麼心肌基因的突變可能會立即發出危險訊號。然後,遺傳學家可能會觀察 100 個健康人。如果他們沒有相同的突變,科學家會發表一份病例報告,指出該突變可能是病因。

但很可能健康的人也在攜帶相同的變異。遺傳學家錯過了他們,因為他們的研究規模太小。然而,這些薄弱的報告已經進入了遺傳學家用來診斷患者的許多資料庫。

“需要進行基本的清理,因為之前資料庫的整體質量很差,”華盛頓大學的遺傳學家傑伊·申杜爾博士說,他不是 ExAC 團隊的成員。

《自然》雜誌上撰文時,構建 ExAC 的團隊提供了對總體糟糕情況的 30,000 英尺視角的觀察。研究人員發現,平均而言,每個 ExAC 受試者有 54 個被歸類為導致遺傳疾病的變異——幾乎所有這些變異都可能是假陽性。

事實證明,我自己的假陽性是更大的故事的一部分。在週三發表在《醫學遺傳學》上的另一項研究中,ExAC 團隊與一群英國心臟病學家合作研究了心肌病的遺傳根源。他們將 ExAC 中的 60,000 人與 7,085 名蛋白質編碼基因已被測序的心肌病患者進行了比較。

科學家們發現了許多像我的變異。儘管它們與心肌病有關,但它們在健康人群中過於常見,無法構成真正的風險。

“我們需要讓人們瞭解這一點,”皇家布朗普頓醫院和倫敦帝國學院的心臟病專家、該研究的合著者詹姆斯·韋爾說。“你的心臟病專家需要了解它。”

對於韋爾來說,ExAC 的用途不僅限於尋找假陽性。它還在幫助他發現新的致病變異。

在他們的新論文中,韋爾和他的同事描述了他們如何發現一個名為 MYH7 的心肌基因的一小部分割槽域是心肌病的“熱點”。相當高比例的被診斷患有該疾病的人在該區域存在突變。但 ExAC 資料庫中在該區域存在變異的人數異常少。

根據這一巨大差異,韋爾和他的同事估計,MYH7 熱點中的突變有 98% 的可能性會導致心肌病,即使以前沒有人見過該突變。

“我們將能夠更頻繁地做出自信的診斷,”韋爾說。

ExAC 的重要性不僅限於臨床,還擴充套件到了科學家研究我們基因組基本生物學的實驗室。在另一項研究中,ExAC 團隊在他們的 60,000 名受試者中搜索了破碎的基因——那些變異非常嚴重,以至於它們不再產生蛋白質的基因。

新的研究表明,破碎的基因非常常見。每個 ExAC 志願者平均有 85 個基因的其中一個複製被破壞。同一個人還攜帶 35 個其他基因,其中兩個複製都被破壞。

研究人員發現,不同的人有不同的破碎基因。但是,當 ExAC 研究人員對 ExAC 中的所有基因進行編目時,他們發現 3,230 個基因幾乎從未被破壞過。

ExAC 的主要研究員、布羅德研究所的遺傳學家丹尼爾·麥克阿瑟說:“這些是你不可以胡亂破壞的基因。”

麥克阿瑟說,即使是丟失一個這些重要基因的單個複製,也可能在出生前是致命的。破壞其他基因可能使人們能夠活到成年,但可能會導致如此嚴重的疾病,以至於他們的後代相對較少,可以將他們的突變傳遞給後代。

這只是目前的假設。令人震驚的事實是,在這 3,230 個你不能胡亂破壞的基因中,有 72% 的基因與任何疾病都沒有已知的聯絡。事實上,科學家們不太確定它們的正常功能是什麼。

華盛頓大學的遺傳學家申杜爾說:“令人震驚的是,有數千個重要的基因,我們仍然不知道它們的功能是什麼。”但至少現在,多虧了 ExAC,他們至少知道這些神秘的基因有多重要了。

STAT 許可轉載。這篇文章最初發表於2016 年 8 月 17 日

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