基于生物信息學(xué)方法分析Cornelia de Lange綜合征中失調(diào)的基因

陸迪明 趙奕寧 李溱 何詠菁 高學(xué)仁

摘 要：Cornelia de Lange綜合征（CdLS）是一組罕見的累及多器官系統(tǒng)的遺傳異質(zhì)性疾病，其發(fā)病機(jī)制尚未完全闡明。本研究采用生物信息學(xué)方法綜合分析CdLS患者與健康個(gè)體的基因表達(dá)譜數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)63個(gè)在CdLS患者中失調(diào)的基因，其中37個(gè)基因在CdLS患者中上調(diào)，26個(gè)基因在CdLS患者中下調(diào)。GO和KEGG通路富集分析顯示，失調(diào)的基因顯著富集在“整合素介導(dǎo)的細(xì)胞粘附”“細(xì)胞對生長因子刺激的負(fù)調(diào)節(jié)”“JAK-STAT級聯(lián)”“鈣信號通路”等生物學(xué)過程和信號通路。對失調(diào)基因表達(dá)的蛋白質(zhì)進(jìn)行相互作用網(wǎng)絡(luò)分析，結(jié)果顯示IL-6是網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵基因。總之，當(dāng)前研究發(fā)現(xiàn)了一些與CdLS有關(guān)的基因、生物學(xué)過程和信號通路。研究結(jié)果將有助于闡明CdLS的發(fā)病機(jī)制，為以后的治療提供理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：CdLS; 生物信息學(xué); 基因; 罕見病

中圖分類號：R596.02 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-3315（2021）4-196-002

Cornelia de Lange綜合征（CdLS）是一組罕見的累及多器官系統(tǒng)的臨床及遺傳異質(zhì)性疾病，其臨床表型主要包括特殊面容、肢體缺陷、生長發(fā)育落后等[1，2]。據(jù)報(bào)道CdLS的全球患病率為1/30000～3/30000，但由于患者臨床表型的多樣性和臨床醫(yī)生對本病的認(rèn)識不足，實(shí)際患病率可能更高[3]。目前已知的CdLS相關(guān)基因有5個(gè)：NIPBL、SMC1A、SMC3、RAD21和HDAC8基因，其中SMC1A、SMC3和RAD21基因編碼的蛋白共同構(gòu)成黏連蛋白環(huán)的核心亞基，NIPBL和HDAC8基因編碼的蛋白分別調(diào)控黏連蛋白環(huán)的乙酰化和去乙酰化[1，4]。黏連蛋白環(huán)的主要功能是調(diào)控細(xì)胞分裂期姐妹染色單體的凝聚，同時(shí)黏連蛋白環(huán)還能影響細(xì)胞中DNA修復(fù)、基因表達(dá)和骨的形成[5-8]。在臨床診斷的CdLS患者中，以NIPBL基因突變最多見（>60%），SMC1A和HDAC8基因突變各占約5%，SMC3和RAD21基因突變較罕見（<1%），而約30%的患者仍未明確分子病因[9]。為了進(jìn)一步探討與CdLS有關(guān)的基因，本研究采用生物信息學(xué)方法綜合分析CdLS患者與健康個(gè)體的基因表達(dá)譜數(shù)據(jù)。

1.材料和方法

從GEO數(shù)據(jù)庫（https：//www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi？acc=GSE64034）中獲得2個(gè)CdLS患者（NIPBL 742_743delCT，L248TfsX6和NIPBL 2969delG;G990DfsX2）和4個(gè)正常個(gè)體的成纖維細(xì)胞基因表達(dá)譜數(shù)據(jù)。采用GEO2R在線工具（https：//www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/geo2r/）分析基因表達(dá)譜數(shù)據(jù)，獲取在Cornelia de Lange綜合征中失調(diào)的基因。利用clusterProfiler R包對失調(diào)基因進(jìn)行GO和KEGG通路富集分析。通過STRING數(shù)據(jù)庫（https：//string-db.org/）對失調(diào)基因表達(dá)的蛋白質(zhì)進(jìn)行相互作用網(wǎng)絡(luò)分析。利用Cytoscape軟件繪制蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)圖，并分析網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)的度。

2.結(jié)果

通過分析CdLS患者與健康個(gè)體的基因表達(dá)譜數(shù)據(jù)，共發(fā)現(xiàn)63個(gè)在CdLS患者中失調(diào)的基因，其中37個(gè)基因在CdLS患者中上調(diào)，26個(gè)基因在CdLS患者中下調(diào)（表1）。GO和KEGG通路富集分析顯示，失調(diào)的基因顯著富集在“整合素介導(dǎo)的細(xì)胞粘附”，“細(xì)胞對生長因子刺激的負(fù)調(diào)節(jié)”，“JAK-STAT級聯(lián)”，“鈣信號通路”等生物學(xué)過程和信號通路（表2）。對失調(diào)基因表達(dá)的蛋白質(zhì)進(jìn)行相互作用網(wǎng)絡(luò)分析，結(jié)果顯示IL-6具有最高的度，是網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵基因（圖1）。

3.討論

隨著醫(yī)學(xué)科學(xué)，特別是分子生物學(xué)、醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)的迅猛發(fā)展，研究人員對CdLS的病因和發(fā)病機(jī)制已有深入的了解。然而，CdLS的發(fā)病機(jī)制目前尚未闡明。當(dāng)前研究通過生物信息學(xué)方法綜合分析CdLS患者與健康個(gè)體的基因表達(dá)譜數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)了一些與CdLS有關(guān)的基因、生物學(xué)過程和信號通路。研究結(jié)果將有助于闡明CdLS的發(fā)病機(jī)制，為以后的治療提供理論基礎(chǔ)。

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項(xiàng)目，項(xiàng)目編號：81800780

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