当 DNA 差异至关重要时

深入研究一个庞大的基因数据库,正在帮助研究人员了解我们共同拥有的基本生物学的秘密

DNA 测序凝胶。

我知道这听起来很奇怪,但我对一个数据库感到非常感激。它让我摆脱了终生害怕死于心脏病发作的恐惧。

该数据库被称为ExAC,我在对我的基因组进行测序后第一次体验了它。在几周的时间里,我把它从一个实验室带到另一个实验室,请科学家们帮助我理解它。

他们的分析带来了一个令人震惊的发现。我在一个叫做 DSG2 的心肌基因中有一个变异。一些研究表明,仅在你的两个 DSG2 拷贝中的一个拷贝中存在变异,就会导致一种罕见的疾病,称为致心律失常性右室心肌病。它会导致突然的、致命的心脏病发作;没有治愈方法。


关于支持科学新闻

如果您喜欢这篇文章,请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。通过购买订阅,您正在帮助确保有关塑造当今世界的发现和想法的有影响力的故事的未来。


我从哈佛医学院的临床遗传学家罗伯特·格林博士和他的同事、Partners HealthCare 分子医学实验室的生物信息学主任马修·莱博那里了解了我的变异。当他们告诉我它可怕的名声时,当我了解到更多关于 DSG2 的信息时,一股可怕的恐惧感笼罩了我。

但是,在 ExAC 的帮助下,格林和莱博迅速消除了天空中的阴云。

ExAC(外显子组聚合联盟的简称)是一个遗传信息汇编,于 2014 年 10 月上线。它包含了超过 60,000 人中每个蛋白质编码基因的每个变异。它大约是之前同类数据库的 10 倍大,包含大约 1000 万个变异——如此庞大,以至于它正在给科学家们一个更现实的关于我们在基因上如何相互差异的愿景。

格林和莱博访问了 ExAC 网站来评估我的 DSG2 变异。他们可以立即看到,大约 200 个欧洲血统的人中也有 1 个携带它。这个比率远高于致心律失常性右室心肌病的比率。

格林和莱博诊断我的变异可能为良性。

自推出以来,ExAC 一直在稳步吸引越来越多的科学家和医生,主要是通过口碑传播。对于像格林这样的医生来说,它被证明是找到假阳性的宝贵方法。他很高兴地告诉他的一些病人,他们多年前获得的基因诊断不再是值得关注的原因。

“仅凭这一资源,就正在重塑我们进行这项工作的方式,”格林说。

但是,周三发表的一系列新论文(对 ExAC 数据库的首次深入分析)表明,假阳性只是它可以阐明的众多事情之一。它还在帮助科学家识别新的基因变异,并了解我们共同拥有的基本生物学的秘密。

“这种工具将在各种科学发现中发挥极其重要的作用,”格林说,他没有参与任何新的研究。

假阳性是早期基因研究的一个不幸的遗留问题。直到最近,DNA 测序非常昂贵,以至于遗传学家只能在小群体的人中寻找致病变异。

在一项典型的研究中,他们会检查患有疾病的人的 DNA 并发现可疑的突变。例如,如果您患有心肌病,那么心肌基因的突变可能会立即发出危险信号。然后,遗传学家可能会观察 100 个健康人。如果他们没有相同的突变,科学家会发表一份病例报告,指出该突变可能是病因。

但很可能健康的人也在携带相同的变异。遗传学家错过了他们,因为他们的研究规模太小。然而,这些薄弱的报告已经进入了遗传学家用来诊断患者的许多数据库。

“需要进行基本的清理,因为之前数据库的整体质量很差,”华盛顿大学的遗传学家杰伊·申杜尔博士说,他不是 ExAC 团队的成员。

《自然》杂志上撰文时,构建 ExAC 的团队提供了对总体糟糕情况的 30,000 英尺视角的观察。研究人员发现,平均而言,每个 ExAC 受试者有 54 个被归类为导致遗传疾病的变异——几乎所有这些变异都可能是假阳性。

事实证明,我自己的假阳性是更大的故事的一部分。在周三发表在《医学遗传学》上的另一项研究中,ExAC 团队与一群英国心脏病学家合作研究了心肌病的遗传根源。他们将 ExAC 中的 60,000 人与 7,085 名蛋白质编码基因已被测序的心肌病患者进行了比较。

科学家们发现了许多像我的变异。尽管它们与心肌病有关,但它们在健康人群中过于常见,无法构成真正的风险。

“我们需要让人们了解这一点,”皇家布朗普顿医院和伦敦帝国学院的心脏病专家、该研究的合著者詹姆斯·韦尔说。“你的心脏病专家需要了解它。”

对于韦尔来说,ExAC 的用途不仅限于寻找假阳性。它还在帮助他发现新的致病变异。

在他们的新论文中,韦尔和他的同事描述了他们如何发现一个名为 MYH7 的心肌基因的一小部分区域是心肌病的“热点”。相当高比例的被诊断患有该疾病的人在该区域存在突变。但 ExAC 数据库中在该区域存在变异的人数异常少。

根据这一巨大差异,韦尔和他的同事估计,MYH7 热点中的突变有 98% 的可能性会导致心肌病,即使以前没有人见过该突变。

“我们将能够更频繁地做出自信的诊断,”韦尔说。

ExAC 的重要性不仅限于临床,还扩展到了科学家研究我们基因组基本生物学的实验室。在另一项研究中,ExAC 团队在他们的 60,000 名受试者中搜索了破碎的基因——那些变异非常严重,以至于它们不再产生蛋白质的基因。

新的研究表明,破碎的基因非常常见。每个 ExAC 志愿者平均有 85 个基因的其中一个拷贝被破坏。同一个人还携带 35 个其他基因,其中两个拷贝都被破坏。

研究人员发现,不同的人有不同的破碎基因。但是,当 ExAC 研究人员对 ExAC 中的所有基因进行编目时,他们发现 3,230 个基因几乎从未被破坏过。

ExAC 的主要研究员、布罗德研究所的遗传学家丹尼尔·麦克阿瑟说:“这些是你不可以胡乱破坏的基因。”

麦克阿瑟说,即使是丢失一个这些重要基因的单个拷贝,也可能在出生前是致命的。破坏其他基因可能使人们能够活到成年,但可能会导致如此严重的疾病,以至于他们的后代相对较少,可以将他们的突变传递给后代。

这只是目前的假设。令人震惊的事实是,在这 3,230 个你不能胡乱破坏的基因中,有 72% 的基因与任何疾病都没有已知的联系。事实上,科学家们不太确定它们的正常功能是什么。

华盛顿大学的遗传学家申杜尔说:“令人震惊的是,有数千个重要的基因,我们仍然不知道它们的功能是什么。”但至少现在,多亏了 ExAC,他们至少知道这些神秘的基因有多重要了。

STAT 许可转载。这篇文章最初发表于2016 年 8 月 17 日

STAT delivers fast, deep, and tough-minded journalism. We take you inside science labs and hospitals, biotech boardrooms, and political backrooms. We dissect crucial discoveries. We examine controversies and puncture hype. We hold individuals and institutions accountable. We introduce you to the power brokers and personalities who are driving a revolution in human health. These are the stories that matter to us all.

More by STAT
© . All rights reserved.