如何从上万个基因中找到关键突变基因

研究背景

酒糟鼻（Rosacea）是一种常见的慢性炎症性皮肤病，主要表现为面部潮红、持久性红斑、毛细血管扩张、丘疹和脓疱等症状。尽管已有证据表明遗传因素在酒糟鼻的发病中起重要作用，但其具体的遗传基础尚不清楚。

按照人类基因组相似度99.9%来算，就是有千分之一的不同，3G的千分之一就是3M。所以，理论上每一个人的WGS得到的 germline SNP和INDEL位点是3M个左右（如果是WES测序，得到的位点3W~6W个）。如何从这3M个突变中找到关键的突变基因或突变位点是相对较难的。

该研究通过全基因组测序（WGS）和全外显子测序（WES），探究酒糟鼻家族遗传的罕见突变基因，进一步探讨突变基因如何通过神经肽影响神经源性炎症的具体机制。

研究方法

• 患者和样本：
  • 3个大型酒糟鼻家族（包括13名患者和6名健康个体）作为发现队列（Discovery cohort）。
  • 49个小型酒糟鼻家族（包括114名患者和48名健康个体）作为验证队列（Validation cohort）。
• 测序策略：对于3个大型酒糟鼻家族：进行 WGS 测序；对于 49个小型酒糟鼻家族，进行 WES 测序。
• 数据处理：测序数据经过去接头、除低质量reads等处理后，比对到 GRCh38参考基因组上。

• 数据库注释和功能预测：将 MAF 小于 1% 的突变位点注释到 dbSNP、1000G、ExAC 和Novogene自建的数据库，保留 nonsynonymous, frameshift, nonsense,and splice-site variants 位点。然后用 SIFT、PolyPhen2、CADD、 GERP++等工具来进行功能预测和过滤。最后用 sanger 测序对突变位点进行验证。

研究结果

• 有害变异：在3个大型的酒糟鼻家族中的WGS数据分析中，分别发现了LRRC4, SH3PXD2A, and SLC26A8等基因突变

• 家族谱和Sanger 测序验证结果：发现队列的 3 个家族的患病情况和对应的突变基因型。

• 验证队列：49个家族采用wes测序，并在该队列中发现 SH3PXD2A、 SLC26A8 和 LRR 家族基因存在突变。

• 通路分析：在2个队列中，共鉴定出 28 个携带罕见分离变异的基因，对这些基因进行 GO 和 KEGG通路分析，这些基因富集在了 peptidyl-tyrosine dephosphorylation, neural synaptic function and cell adhesion, long-term depression, and neuroactive ligand-receptor interaction 等通路上。

总结

该研究通过WGS和WES，揭示了酒糟鼻的遗传基础具有高度异质性，不同家族中存在不同的罕见有害突变。突变基因（LRRC4、SH3PXD2A和SLC26A8等）通过增加神经细胞中血管活性神经肽的表达，促进神经源性炎症。该研究结果支持玫瑰痤疮的家族遗传性和神经源性炎症在疾病发展中的重要作用。